Neue Potenziale erschließen mit intelligenten Energienetzen

Unsere Energieversorgung befindet sich im Wandel. Die zunehmende Einspeisung regenerativer Energien in unser Stromnetz erfordert neue Managementkonzepte, birgt aber auch vielfältige Potenziale. Durch die intelligente Vernetzung dezentraler Erzeuger, Speicher und beeinflussbarer Lasten können alle Akteure flexibel und zeitnah interagieren. Dies ermöglicht die Einführung neuer Marktkonzepte unter Einbeziehung erneuerbarer Energien, Kosteneinsparung durch Effizienzgewinne auf allen Prozessebenen und neue innovative Lösungen für technische Herausforderungen. So können durch dezentrales Last- und Erzeugungsmanagement Spitzenlasten in Netzen begrenzt und damit die Aufnahmefähigkeit bestehender Netze für erneuerbare Energie auch ohne Netzausbau erhöht werden. Die Anforderungen und Erwartungen an das Netzmanagement und die erforderliche Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) sind entsprechend hoch.

Unsere Vision ist eine nachhaltige hocheffiziente Erzeugung, Verteilung und Nutzung elektrisch und thermisch kombinierter erneuerbarer Energien.

Unsere Ziele sind FuE-Aktivitäten für eine systemtechnische Verbindung der drei Säulen des Strukturwandels der Energieversorgung:

• Einbindung moderner IKT im »Internet der Energie«
• Integration dezentraler erneuerbarer Energieerzeuger
• Monitoring und intelligente Betriebsführung bis zum Endverbraucher im Verteilnetz

Mit unserer Kombination aus Erfahrung und energiesystemtechnischer Kompetenz unterstützen wir  Industrie und Politik seit Beginn der Forschung an intelligenten Energienetzen. Hierfür bieten wir ein breites Portfolio anwendungsorientierter Forschungs-, Entwicklungs- und Beratungsleistungen an.

Mit unseren Partnern leisten wir einen entscheidenden Beitrag für eine nachhaltige, effiziente und sichere Energieversorgung der Zukunft. Hierfür entwickeln wir Systemkonzepte und begleiten prototypische Systemlösungen in Labor- und Feldexperimenten. Der Hauptfokus unserer Arbeiten liegt dabei auf elektrischen und thermischen Energiesystemen, indem wir eine intelligente, optimierte Integration dezentraler Erzeuger und Lasten sowie stationärer und mobiler Speicher in Verteil- und Inselnetzen für Industrie, Gewerbe und Privathaushalte realisieren.

Unser FuE-Leistungsangebot:

• Optimierungs- und Simulationsmodelle für das Energiemanagement dezentraler Erzeuger, Lasten sowie mobiler und stationärer Speicher (z. B. www.colsim.de )
• Entwicklung und Umsetzung variabler Tarifmodelle sowie von Demand Side Management-Konzepten
• Steuerung und Einsatzplanung virtueller Kraftwerke
• Prognosebasierte, verteilte Regelungssysteme auf Basis von Embedded Systems für eine multikriterielle Betriebsführung von Verteilnetzen
• Testen, Bewerten und Optimieren von Komponenten und Systemen (BHKWs, Wärmepumpen, Metering-Systeme, Smart Energy Gateways, etc.)
• Netzintegration von Elektrofahrzeugen

Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Einspeisung dezentraler fluktuierender Erzeuger gewinnen moderne Informations- und Kommunikationssysteme an Bedeutung. Sie ermöglichen „intelligente“ elektrische Energiesysteme zur Erschließung noch ungenutzter Potenziale. Ziel ist die hocheffiziente Erzeugung, Verteilung und Nutzung von Energie, beispielsweise mittels Multisparten Smart Metering-Systemen (Strom, Gas, Wärme und Kälte).

Unser FuE-Leistungsangebot:

• Mess- und Abrechnungskonzepte für Messdienstleister
• Unterstützung von Standardisierungs- und Normungsinitiativen
• Kundenspezifische Entwicklung, Implementierung und Optimierung von Embedded Systems der neuesten Generation sowie offenen Gateway- und Software-Lösungen für die Anbindung von Verbrauchern, Erzeugern, Speichern und Dienstleistern im Verteilnetz
• Lastdisaggregation von Haushaltsgeräten
• Entwicklung von Feedback- und Monitoringsystemen für Privat-, Gewerbe und Industriekunden im liberalisierten Energiemarkt

Unsere Vision ist, dass unser künftiges Leben weit weniger Ressourcen verschwendend sein wird als heute – dank eines intelligent ausgeklügelten Verhältnisses zwischen menschlicher Bedürfnisbefriedigung und einem nachhaltigen Energiesystem. Unsere Kernkompetenzen fokussieren deshalb auf Menschen und ihre Interaktion mit Energie. Unsere Arbeit prägt zunehmend, dass Menschen nicht nur passive Nutzer von Energieversorgung und Technologien sind, sondern bewusst und zielgerichtet als Akteure in das Energiesystem eingebunden werden.

Wir verfolgen dabei das Ziel, unsere Erkenntnisse für die Transformation in marktrelevante Lösungen zu generieren und unseren Auftraggebern und Partnern beratend für neue Geschäftsmodelle und Produkte zur Verfügung zu stehen.

Unser FuE-Leistungsangebot:

• Einsatz von Handlungs- bzw. Verhaltensmodellen, die den aktuellen wissenschaftlichen Stand von Psychologie, Soziologie und Nachhaltigkeitsforschung widerspiegeln
• Konzeption und Durchführung klassischer Technik-Akzeptanzstudien
• Potenzial und Explorationsstudien
• Entwicklung und Umsetzung innovativer Aktions- und Gestaltungsforschung
• Wissenschaftliche Begleitung ambitionierter Piloten und Demonstratoren

Angetrieben durch die Liberalisierung der Energiemärkte und durch die zunehmende Anzahl fluktuierender dezentraler Einspeisungen wandelt sich unsere Energieversorgung. Technisch und energiewirtschaftlich birgt dieser Wandel eine Vielzahl an Chancen und Herausforderungen. Hierfür unterstützen wir unsere Kunden aus Industrie, Politik und Recht gemäß individueller Bedürfnisse und Vorgaben.

Unser FuE-Leistungsangebot:

• Analyse, Bewertung und Beratung zu Trends, Technologien und Marktteilnehmern im Bereich intelligenter Energienetze
• Energiewirtschaftliche Konzepte und Geschäftsmodelle für dezentrale Netzdienstleistungen
• Entwicklung von Betriebsführungsstrategien und Konzeptstudien für dezentrale fluktuierende Erzeuger, stationäre und mobile Speicher sowie Lasten im Verteilnetz
• Unterstützung bei der Entwicklung nachhaltiger nationaler und internationaler Energieszenarien im Bereich der erneuerbaren Energien
• Unterstützung bei der Gestaltung von Gesetzen, Richtlinien und Normen in der liberalisierten Energiewirtschaft

Intelligente Energiesysteme im Verteilnetz haben ein großes Entwicklungspotenzial. So werden regenerative Energiekonzepte und der Ausbau von integrierten Energiesystemen ein starkes Wachstum erleben. Im Wohngebäudebereich besteht ein großes Potenzial für Energiemanagementsysteme, die die dezentrale Energieerzeugung und den Verbrauch optimal auf das Stromnetz abstimmen können. Die Internet-Technologie stellt heute bereits die Basis für kostengünstige, vernetzte, eingebettete Systeme, die eine Leistungsfähigkeit von kostenintensiver, professioneller Gebäudeleittechnik aufweisen, zur Verfügung.

Das SmartEnergyLab am Fraunhofer ISE ist ein hochmodernes Testlabor. Es verfügt über eine vollständige Ausstattung von regenerativen und effizienten sowohl elektrischen als auch thermischen Erzeugern und Speichern zukünftiger Ein- und Mehrfamilienhäuser. Mit der Abbildung und Vernetzung aller thermischen und elektrischen Energieflüsse bieten wir Ihnen eine Plattform für die Analyse, Bewertung und Entwicklung von Smart Homes und Smart Grid-Technologien für das Verteilnetz an.

Laborausstattung
Das SmartEnergyLab verfügt über eine inselfähige 5 kW Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (KWK), einen 2 m³ Schichtenpufferspeicher, einen Photovoltaik-Simulator, mehrere Photovoltaik-Wechselrichter sowie diverse Inselwechselrichter, einen Lithium-Ionen Speicher (7,5 kWh), eine Bleibatteriebank (15 kWh), eine Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Option der bidirektionalen Einbindung) sowie zahlreiche weitere Apparaturen. Wir integrieren IT-seitig alle Komponenten über diverse Schnittstellen und Bussysteme mit dem Gebäudenetzwerk (Industrial Ethernet). Mit effizienten Embedded Systems werden Energiemanagement- und Feedbacksysteme realisiert, die sich beliebig an kundenspezifische Anforderungen anpassen lassen. Wir verfügen über performante Simulationsrechner, die den modellbasierten und den »Hardware-In-The-Loop«-Betrieb gestatten, so dass beispielsweise beliebige dynamische Szenarien für Last und Erzeugung im häuslichen Kontext aufgeprägt werden können.

Unsere Leistungsangebote
Integrationsbewertung thermischer und elektrischer Anlagen im System
Die leistungsfähige, sichere und energieeffiziente Integration aller Komponenten in ein intelligent vernetztes Gebäudeenergiesystem steht im Vordergrund unserer Arbeiten. Hierfür unterstützen wir Hersteller und Betreiber von Energieanlagen und Steuerungssystemen mit diversen Leistungsangeboten. Neben unserer langjährigen Erfahrung bieten wir Ihnen unsere Unterstützung in den Bereichen Simulation, Optimierung, Betriebsführung und Systemregelung an. Das umfasst auch die Simulation von ökonomischen Szenarien für das »Pooling« von Gebäudeenergieanlagen und virtuellen Kraftwerken. Wir unterstützen Sie bei der Realisierung von Demonstratoren und Prototypen im gesamten Umfeld von Mess- und Regelungssystemen sowie deren internet-basierter Anbindung an den zentralen Serverbetrieb. Wir bieten neben der Realisierung neuer Betriebskonzepte auch die Auswertung von Feldversuchen einschließlich der Nutzerverhaltensanalyse an.

Funktions- und Kommunikationstests von Energiemanagementsystemen
Das SmartEnergyLab bietet mit seiner praxisnahen Umgebung eine ideale Plattform für Funktions- und Kommunikationstests von spartenübergreifenden Smart Metering-Systemen und Energiemanagementsystemen (Smart Energy Gateways). Darüber hinaus entwickeln und testen wir mit unserer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zentrale und mobile Metering-Systeme. Im Softwarebereich führen wir für Sie Kommunikationsimplementierungen sowie Konformitätstests Ihrer Geräte durch (z. B. SML, IEC 61850, Mbus). Das Spektrum reicht von der Smart Home-Anwendung bis zum kommunikationsfähigen Smart Grid-System.

Effizienzbewertung von Energiemanagement und Erzeugungsanlagen
Die Energieeffizienz stellt neben der Standardisierung eine wichtige Anforderung für die Entwicklung neuer Energiemanagementlösungen dar. So bewerten wir beispielsweise mögliche Potenziale, die im Hinblick auf den realen Anlagenbetrieb zu erwirtschaften sind. So steht derzeit die Eigenstromnutzung für die Verwendung selbst erzeugten KWK- und PV-Stroms im Vordergrund, zukünftig aber auch die Optimierung der Erträge durch flexible Tarife und zentrale »Pools«. Wir haben das SmartEnergyLab mit einer umfangreichen Messinfrastruktur ausgestattet, so dass wir die Effizienz und die Ökonomie Ihrer Energie- und Managementsysteme durch die Berücksichtigung realitätsnaher Randbedingungen bewerten können.