Energiedatennutzung und -applikation

Die Kombination von IKT-Methoden und Verfahren führt zu verbesserten und innovativen Anwendungen. So beschäftigt sich die Fraunhofer-Allianz Energie auch mit den Auswirkungen von flexiblen, tagesvariablen Tarifen auf die Stromversorger und deren Energiebeschaffungsstrategien. Fraunhofer-Experten entwickeln Lösungen für ein umfassendes Energiedatenmanagement. Eine wichtige Rolle spielen dabei »Demand Side Management-Systeme«, bei denen der Energieverbrauch intelligent gesteuert wird und »Demand Response-Systeme«, in Form von Smart Energy Gateways, die durch prädiktive Verfahren eine dezentrale Einsatzoptimierung gestatten.

Hinsichtlich der gestiegenen Netzanforderungen im liberalisierten Energiemarkt bieten die Fraunhofer-Experten Marktteilnehmern ganzheitliche TÜV-geprüfte IT-Lösungen im Bereich des Bilanzkreis- und Netznutzungs­managements an. Auf Netzebene führen die Institute konkrete Feldversuche an realen Netzen für ihre nationalen und internationalen Partner durch, die durch Simulationen ergänzt werden können. Energiemanagementsysteme nutzen die gewonnenen Daten zur Steuerung unterschiedlicher Stromerzeuger, Speicher und Lasten innerhalb des Netzes.

Für ein marktintegriertes Betriebsmanagement dezentraler Energiequellen dienen virtuelle Kraftwerke. Diese aggregieren zahlreiche dezentrale Erzeuger, Speicher und Lasten zu einem flexiblen Kraftwerk, das die Erzeugungskurve preisoptimal vermarktet. In diesen Prozessen arbeiten wir eng mit Energieversorgern zusammen, die innovative Geschäftsmodelle verfolgen.

Die schnelle und präzise Zustandsabschätzung von vernetzten Infrastrukturen ist heute aufgrund der hohen Komplexität wichtiger denn je und wird zukünftig weiter an Bedeutung gewinnen. Neue Methoden, die auf linearen Algorithmen aufbauen, ermöglichen schnellere und präzisere Ergebnisse als konventionelle Algorithmen bei minimaler Investition.

Die Fraunhofer-Allianz Energie gibt ihr Wissen auch in Weiter­bildungen zu Thema »Digitalisierung der Energiewelt« weiter.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Energiedatennutzung/-applikation

Energiedatenmanagement

Das Portfolio der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich des Energiedatenmanagements reicht von Energiemonitoring-Systemen über das Sammeln mobiler Messdaten über Verbrauchsanalysen entlang der Verteilkette bis hin zu Prognosen. Übergeordnetes Ziel sind dabei Optimierungen hinsichtlich des Energiedatenmanagements aus diversen Gesichtspunkten: So bestehen in vielen Bereichen Potentiale zur Verbesserung der Energieeffizienz – im Kleinen (z. B. Batteriespeicher) wie auch im Großen (z. B. Smart Cities). Ebenso entwickeln unsere Mitgliedsinstitute Werkzeuge zur Bedarfs- und Potenzialanalyse, die zum Beispiel eine Strukturoptimierung von Speichern in regionalen Energiesystemen erlauben. Ein spezieller Fokus liegt im Bereich des Energiedatenmanagements der Windenergie, z. B. in breit angelegten Monitorprogrammen oder der Entwicklung von Standardisierungen für das Sammeln von Daten in Windkraftanlagen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

energy-data-X

Das Projekt „energy data-X“ will zur Erreichung der Ziele der nationalen und europäischen Energie- und Klimapolitik einen Prototyp eines Datenraumes für die Energiewirtschaft aufbauen.

 

ReGAIN

Im Projekt geht es darum, Prozess-, Energie- und Qualitätsdaten über Unternehmensgrenzen hinweg standardisiert und sicher nutzbar zu machen.

 

DataFleX

Das Dataflex-Projekt zielt darauf ab, die digitale Vernetzung der Sektoren Energie, Wärme und Verkehr voranzutreiben.

 

EMIDOS

Das Projekt »EMIDOS« widmet sich dabei auf mehreren Ebenen der zentralen Aufgabe, energieeffizientes Wirtschaften und erneuerbare Energien zusammenzubringen.

Energiemanagementsysteme

Innovative Energiemanagementsysteme werden in den unterschiedlichsten Bereichen benötigt. Die Fraunhofer-Allianz Energie schafft Konzepte und Anwendungen für Energiemanagementsystemen unter anderem im Bereich der Smart Grid-Technologien, der Systemanbindung von Speichern oder der Kraft-Wärme-Kopplung. Zunehmend gewinnt auch die dezentrale Erzeugung von Energie an Bedeutung, sodass auch hier von unseren Mitgliedsinstituten neuartige Energiemanagementsysteme als zentrale Schnittstellen zur lokalen Vernetzung entwickelt werden. An der Schnittstelle zwischen Energiemanagementsystem und Nutzer schafft die Allianz Energie anhand von Frameworks Lösungen zur nutzergerechten Kommunikation der Energiedaten, beispielsweise mithilfe spezieller Apps.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

DynOpt-San

Digital unterstützte und modulare Sanierung von Mehrfamilienhäusern in Quartieren mit PVT-PCM-Wärmepumpensystemen und selbstlernendem Energiemanagement

 

OGEMA

Die Open Gateway Energy Management Alliance (OGEMA) stellt eine offene Software-Plattform für Energiemanagement zur Verfügung.

 

FlexBIT

Es entwickelt intelligente Lösungen, um Energiesysteme in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden flexibler, effizienter und nachhaltiger zu machen.

 

DigiHeat

Digitalisiertes Wärmekraftwerk für eine effizientere urbane Fernwärmeversorgung

Intelligente Verteilnetze / Smart Grids

Intelligente Stromnetze (Smart Grids) ermöglichen eine effektive Kommunikation zwischen den einzelnen Netzbestandteilen sowie deren Steuerung. Das Ziel unserer Mitgliedsinstitute im Hinblick auf Smart Grids ist in erster Linie, zentrale und dezentrale regelungstechnische Potenziale optimal auszunutzen. In einem Forschungsvorhaben zu optimalen Betriebs- und Regelungsstrategien für Energieversorgungssysteme in Deutschland soll ein möglichst hoher Anteil an erneuerbaren Energien optimal in das Stromversorgungssystem eingebunden werden. In diesem Kontext erarbeiten und demonstrieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fraunhofer-Allianz Energie Ansätze einer koordinierten Netzbetriebsführung und -regelung. Des Weiteren erarbeiten Forscher der Allianz eine Test- und Simulationsumgebung für die Entwicklung und Erprobung von Regler-Konzepten sowie auch Leitsystemen im Smart Grid.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Verteilnetz 2030+

Wie bleibt der Verteilnetzbetrieb mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und netzbildenden Stromrichtern beherrschbar?

 

GNN4GC

Ziel des Projekts ist es, den Betrieb von Übertragungsnetzen durch innovative KI-Methoden effizienter zu gestalten und damit zur Stabilität der Stromversorgung beizutragen.

 

KonSEnz

Kontinuierlich selbstlernende Vorhersagemethoden und Services in smarten Energiemärkten und -netzen

Demand-Side Management / Demand-Response

Hinsichtlich der netzdienlichen Gestaltung des Betriebs und der Wärme- und Kälteversorgung ergeben sich durch den wachsenden Anteil erneuerbarer Energien zukünftig neue Anforderungen. Einerseits verursachen fluktuierende erneuerbare Energien zeitliche Schwankungen in der Stromproduktion. Hinzu kommt die Zunahme dezentraler Energieversorgung, wodurch sich die Anforderungen an die Stabilität der Stromnetze erhöhen. Durch den Ansatz des Demand-Side Managements werden Differenzen zwischen Stromangebot und -nachfrage ausgeglichen. Unsere Mitgliedsinstitute erproben unter anderem neuartige, praxistaugliche Betriebsführungsstrategien der Wärme- und Kälteversorgung von Neubau- und Bestandsgebäuden. In elektrischen Netzen mit dörflicher Struktur arbeiten Fraunhofer Forscherinnen und Forscher an der Realisation eines automatischen Managements von Verbrauchern und Erzeugern. Zudem wird ein ganzheitlicher Systemansatz als Multisparten-Lösung für eine Modellstadt entwickelt und so mittels neuer Geschäftsmodelle und Anreizsysteme die dezentrale Energieerzeugung gefördert.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

ABLM

Physikbasierte neuronale Netze zur Automatisierung der Modellierung von Lastflexibilitäten für Mehrfamilienhäuser

 

SynErgie

Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung

 

Flexibilisierung elektrifizierter Industrieprozesse

Eine Analyse der technischen und ökonomischen Herausforderungen aus Unternehmens- und Systemperspektive

Lastmanagement Industrie

Ziel des Lastmanagements ist die Beeinflussung der Nachfrage, also der Netzlast, indem gezielt der Stromverbrauch reduziert wird. Auch in der Industrie kommt dem Lastmanagement zunehmend eine wichtige Rolle zu, da der steigende Anteil erneuerbarer Energien zu Schwankungen im Stromnetz führt. Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Energie entwickeln beispielsweise flexible Leistungsmonitoringsysteme, welche Spannungs- und Strommessung integrieren und so einen vereinfachten Installationsaufwand mit sich bringen. Des Weiteren haben Fraunhofer Forscherinnen und Forscher der Allianz Energie unter anderem eine Methode entwickelt, um den lokalen Energieausgleichsbedarf in der gesamten Bundesrepublik modellhaft darzustellen, sodass Ungleichgewichte in der Energieverteilung offengelegt werden.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

RELflex

RELflex entwickelte, erprobte und bewertete Lösungen zur Flexibilisierung energierelevanter Prozesse in KMU durch ein dynamisches Energiemanagementsystem 

 

FlexBlue

Praxisnahe Lösungen für die Flexibilisierung von Kälteversorgungssystemen entwickeln

 

BiFlex-Industrie

Bidirektionale Flexibilität durch Flottenkraftwerke in und um Unternehmen

Smart Home

Ziel des Lastmanagements ist die Beeinflussung der Nachfrage, also der Netzlast, indem gezielt der Stromverbrauch reduziert wird. Auch in der Industrie kommt dem Lastmanagement zunehmend eine wichtige Rolle zu, da der steigende Anteil erneuerbarer Energien zu Schwankungen im Stromnetz führt. Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Energie entwickeln beispielsweise flexible Leistungsmonitoringsysteme, welche Spannungs- und Strommessung integrieren und so einen vereinfachten Installationsaufwand mit sich bringen. Des Weiteren haben Fraunhofer Forscherinnen und Forscher der Allianz Energie unter anderem eine Methode entwickelt, um den lokalen Energieausgleichsbedarf in der gesamten Bundesrepublik modellhaft darzustellen, sodass Ungleichgewichte in der Energieverteilung offengelegt werden.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

FAME4ME

Das Projekt für KI-basiertes und nutzerorientiertes Management von Energieservices

 

EnQuaFlex

agentenbasiertes Energiemanagementsystem für den intelligenten Betrieb im Quartier

Erzeugungs- und Last-Prognosesysteme für Wind und PV

Naturgemäß bringt die Nutzung von Wind- und Sonnenkraft starke Schwankungen in der Stromeinspeisung mit sich. Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien werden aus diesem Grund zunehmend neue Lösungen für das Netzmanagement gesucht. Unsere Mitgliedsinstitute setzen dort an, wo am meisten Optimierungspotenzial der Erzeugungs- und Last-Prognosesysteme für Wind und PV besteht. Insbesondere in Bezug auf Prognosen unter technischen und wetterbedingten Extremsituationen werden Optimierungen von Fraunhofer Forscherinnen und Forschern vorgenommen und zudem neue Prognoseprodukte hinsichtlich der Sicherheit von Übertragungsnetzsystemen entwickelt.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

KonSEnz

Kontinuierlich selbstlernende Vorhersagemethoden und Services in smarten Energiemärkten und -netzen

 

LongCast

Saisonale Klima- und Energieprognosen für eine sichere, nachhaltige und effiziente Energieversorgung

Virtuelle Kraftwerke

Indem sie verschiedene dezentrale Energieerzeuger miteinander verknüpfen, liefern virtuelle Kraftwerke einen wichtigen Beitrag zur dezentralen Erzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien. Durch virtuelle Kraftwerke können verschiedene erneuerbare Energieerzeuger, steuerbare Verbrauchsgeräte und Energiespeicher in der Region miteinander verknüpft werden. Im Vordergrund der Fraunhofer Forschung steht dabei nicht nur die Umweltverträglichkeit der Stromversorgung sondern auch deren Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit. Neben Evaluationen von Prototypen virtueller Kraftwerke erschließen Fraunhofer Forscherinnen und Forscher anhand von Modellen Optimierungsbedarfe hinsichtlich Dimensionierung und Betriebsweise von virtuellen Kraftwerken.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Korea VPP

Dieses Projekt demonstriert die großskalige Aggregation und den optimalen Einsatz dezentraler Energieressourcen in Korea mithilfe adaptiver KI und agentenbasierter Algorithmen

 

SecDER

Angriffs- und Ausfallsicherheit von virtuellen Kraftwerken

Cybersicherheit für die Energie- und Wasserversorgung

Durch die zunehmende Digitalisierung in den Energie- und Wasserinfrastrukturen erhöht sich die Anfälligkeit gegenüber Cyberattacken, während den Angreifern immer leistungsfähigere Werkzeuge und Methoden zur Verfügung stehen. Gleichzeitig steigt die Abhängigkeit von automatisierten Prozessen und IT-Systemen immer weiter an. Aufgrund dieser Bedrohungssituation hat der Gesetzgeber umfangreiche Gesetzesänderungen durchgeführt, welche besonders Versorgungsunternehmen betreffen und wodurch diese gegebenenfalls in die Kategorie der Kritischen Infrastrukturen fallen. Neben den technischen Komponenten müssen auch die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter entsprechend geschult werden, da diese derzeit die am häufigsten ausgenutzte Schwachstelle von Cyberangriffen darstellen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

PROTECT

KI-basierte Firewall zur Angriffserkennung in der Energieversorgung

 

EnerCise III

Umfassendes Übungskonzept, das Betreibern Kritischer Infrastrukturen ermöglicht, ihre Incident-Response-Fähigkeiten im OT-Umfeld praxisnah zu erproben und weiterzuentwickeln