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Energieinformatik

In intelligenten Energieversorgungsnetzen der Zukunft, den sogenannten "Smart Grids", werden Versorgungsinfrastrukturen an dedizierten Stellen von Informations- und Kommunikationsinfrastrukturen zu unterstützen sein, um eine rechtzeitige Organisation und Koordination sowie eine sofortige Interaktion aller Netznutzer – egal ob sie ins Netz eingeben oder von diesem entnehmen oder beides – zu ermöglichen. Damit soll jederzeit eine effiziente, wirtschaftliche und sichere Energieversorgung, insbesondere aber Stromversorgung, gewährleistet werden.

Das Augenmerk der Energieinformatik im Themenschwerpunkt "IKT für Smart Grids" liegt auf der Softwareebene. Es werden zum Beispiel Werkzeuge und Methoden der verteilten Künstlichen Intelligenz eingesetzt, um eine systememergente Optimierung der Energieversorgung zu erreichen. Die Energieinformatik setzt im Wesentlichen mit Datenstrukturen und Algorithmen für die Organisation, Koordination und Interaktion von Akteuren im Minuten- bis Sekundenbereich an. Beispielsweise werden für das Ausbalancieren von Ein- und Ausspeisung auf Verteilnetzebene entsprechende Algorithmen verwendet oder auch Steuerungsmechanismen für netzorientierten Verbundbetrieb dezentraler Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung entwickelt. Ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung liegt in Informations- und Kommunikationstechnologien, mit denen Plattformen für die Vernetzung relevanter Akteure eröffnet werden können, eine weitgehend automatisierte Steuerung von Verbrauchsanlagen zwischen Energieanbietern und -abnehmern möglich werden.

Die Energieinformatik entwickelt geeignete Ansätze für die Gesamtsicht auf Erzeugung, Verbrauch und Speicherung in dynamischen und komplexen Wirkzusammenhängen. Sie befasst sich unter anderem mit Verbundbildungsmechanismen, Steuerungsalgorithmen und Automatisierungsstategien. Für einen Wandel in der Energieversorgung müssen die konventionell zentral angelegten Kraftwerksleistungen durch ein Zusammenspiel regenerativer Energieanlagen in einem dezentralen Energiesystem substituiert werden. Die Einbeziehung von Endverbrauchern wird ein wichtiger Faktor im Hinblick auf Effizienz und Robustheit der Energieversorgung werden. Eine mögliche Ausweitung der Planungs-und Überwachungssysteme sowie Steuerungs-und Automatisierungssysteme wird Gewerbe und Handel sowie den Industriesektor im Besonderen befördern. Im Themenschwerpunkt "IKT-gestützte Beteiligung adaptiver Verbraucher" müssen Marktaspekte berücksichtigt werden, wodurch Maßnahmen und Anreize für einen netzkoordiniertes Energieverbrauchsverhalten gangbar werden.

Mit einer aktive Netzkomponenten einbeziehenden Informations- und Kommunikationsinfrastruktur ist in einem zukunftsfähigen Stromversorgungssystem Wirk- und Blindleistung dezentral in den Verteilnetzen bereitgestellt und darüber hinaus ein Beitrag zu systemweiter Regelleistung zu erbringen. Eine Beschneidung der auf der Grundlage erneuerbarer Energiequellen zu erzielenden Energieerträge durch Maßnahmen des Einspeisemanagement ist zukünftig zu vermeiden. Dahingehend entwickelt die Energieinformatik marktbezogene Ansatze, welche dazu beitragen, zeitweise Stromüberschüsse im Abgleich von Beschaffungs- und Absatzportfolien besser zu vermarkten, welche aus der fluktuierenden Erzeugungsleistung auf der Basis erneuerbarer Energien resultieren. Eine verbrauchsseitige Nachfragebeeinflussung "Demand Response", speziell verlässliche automatisierte Lösungen, können einen wesentlichen Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien leisten und sind zugleich Ersatz für elektrische Speicherkapazität. Der sich abzeichnende Strukturwandel des Stromversorgungssystems in Richtung verstärkter dezentraler Erzeugung und zunehmend erneuerbaren Energien wird vor allem die Anforderungen an den Verteilnetzbetrieb signifikant erhöhen. Notwendige Effizienzsteigerungen können unter anderem durch die netzorientierte Systemintegration von Erzeugern und Verbrauchern erreicht werden. Dieses Optimierungskalkül erfordert jedoch die Neukonzeption von geeigneten Geschäftsmodellen, die zum Beispiel die Bedingungen von Lieferverträgen, Abrechnungs- und Zahlungsmodalitäten eines aktiven Netzbetriebes für alle Akteure übereinstimmend festlegen. Ein Fokus ist für die Energieinformatik auf die Sektoren Industrie und Gewerbe zu richten, da aufgrund hoher Energieeinsätze und verhältnismäßig geringer Implementierungskosten besonders hohe Umsetzungspotenziale zu erwarten sind.

Nur über die Informations- und Kommunikationstechnologien können die so entstehenden neuen Geschäftsprozesse und -modelle mit den technischen/physikalischen und rechtlichen Rahmenbedingungen verbunden werden. Der Aufbau zusätzlich benötigter Datennetzinfrastrukturen begleitend zur Versorgungsnetzinfrastruktur, einschließlich der Ausstattung bestimmter Netzelemente mit eingebetteten Rechnersystemen, bis hin zur systemtechnischen Umsetzung von IKT-Lösungen zur Realisierung von Effizienzvorteilen und Erhöhung der Betriebssicherheit sind originäre Aufgaben der Energieinformatik. Eine wesentliche Voraussetzung ist hierbei die Interoperabilität von Anlagensystemen und IT-Systemen durch Standardisierung und Normierung von der Feld- bis zur Geschäftsprozessebene in der Energiewirtschaft und darüber hinaus.

Der Themenschwerpunkt "IKT-basierte Interoperabilität im Energiesektor" der Energieinformatik behandelt die Realisierung einer unternehmensübergreifende Interaktion und Automation des Energiehandels in Echtzeit. Eine Verheiratung der Automatisierungsumfelder der Energiedomäne und zum Beispiel der Produktionsdomäne wird in teilweise kooperativen, aber auch kompetitiven Unternehmenslandschaften umzusetzen sein. Dies verspricht eine intelligente Nutzung aller zur Verfügung stehenden Ressourcen, einschließlich beispielsweise betrieblicher Flexibilität bei Industrieunternehmen, sowie eine Optimierung und Integration des Gesamtsystems der Stromversorgung.

 

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