Forschungsthemen des IT4Energy-Zentrums

Die Themen Eigenverbrauchsoptimierung und effizienter Einsatz erneuerbarer Energien werden sowohl theoretisch (z.B. durch Simulationen und Modellentwicklung) als auch praktisch durch algorithmische Softwareentwicklung und den Einsatz einer Solaranlage (8kWp) und eines Energiespeichers (20kWh) bearbeitet.

Die Solaranlage – gekoppelt mit der Lithium-Eisenphosphat-Batterie – versorgt das Labor sowie einen Büroraum, die somit autark von jeder externen Stromversorgung sind. Auf diese Weise werden Erfahrungen für den optimalen Betrieb kombinierter Erzeugungs-, Speicher und Verbrauchsanlagen gesammelt. Eine laboreigene Wetterstation sammelt Daten, welche korreliert mit der Energieproduktion Basis für eine lokale Prognose der Verfügbarkeit der erneuerbaren Energie sind.

Das Thema Building-Automation verbindet die die Erkenntnisse aus Metering und Verbrauchs- bzw. Erzeugungsanalyse und erlaubt, aus den gewonnen Erkenntnissen Fahrpläne für Verbraucher und Erzeuger auf realen Geräten umzusetzen. Hier bildet das enyport System die Steuerzentrale des Labors. Eine Vielzahl verschiedener Energieverbraucher werden über unterschiedliche Technologien gesteuert und überwacht.

Die bewusst sehr heterogen gestaltete Laborausstattung erlaubt hier die Untersuchung der Kombination verschiedener Automations- und Gebäudeleittechniken sowie deren Erweiterbarkeit um neue Technologien.

Hier kommen unter anderem KNX, ZigBee, Plugwise, RWE-SmartHome, Philips HUE, FS20 und EnOcean zum Einsatz.

Der Anteil der Energie im Stromnetz aus regenerativen Quellen steigt stetig und unterliegt starken Schwankungen, da Sonneneinstrahlung und Wind wetterabhängig sind. Dies resultiert in einem Paradigmenwechsel der bedarfsausgerichteten Stromproduktion (»Verbrauch steuert Erzeugung«) hin zu einem an der Erzeugung orientierten Stromverbrauch (»Erzeugung steuert Verbrauch«), der nur mit einem IKT-basierten Lastmanagement möglich ist.

Im IT4Energy-Lab bieten wir unseren Partnern und Kunden die Möglichkeit mit unserer Unterstützung Lastmanagement-Szenarien zu entwickeln und simulativ zu erproben, um beispielsweise:

• Spitzenlasten in der Produktion oder im Servicebereich beim Energiebedarf aber auch beim Personaleinsatz zu vermeiden,
  
• Lastprofile, z.B. in der Produktion an Verfügbarkeitsprofile anzupassen,
  
• die Effekte zeitvariabler Stromtarife auf die Eigenverbrauchsoptimierung, z.B. in Gebäuden oder Quartieren (»Micro-Grids«) zu ergründen,
  
• Blockheizkraftwerke ertragsoptimiert zu betreiben und mit konventionellen Heizsystemen zu vergleichen.
  

Dabei kann auf unsere Prognoseverfahren zur Vorhersage von Energieerzeugung und -verbrauch sowie auf unser Energiemanagement-Gateway zur Erfassung von Messwerten und zur Steuerung von Verbrauchern zurückgegriffen werden.

Zur Unterstützung Ihrer Entscheidungen bieten wir Ihnen unseren Internet-Prognosedienst »smartPaaS« (»Smart Prediction as a Service«) an. Dieser Dienst integriert unterschiedliche Datenquellen in unsere anwendungsspezifischen Prognoseverfahren: Sensoren, Bestandsdaten, kommerziell- und freiverfügbare Wetterdaten. Die resultierenden stochastischen Vorhersagen (Serien von Szenarien unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit) von Energieflüssen, Preisen, Nachfragen, etc. stellen wir unseren Kunden und Partnern, vor dem Zugriff durch Dritte geschützt, zur Verfügung. Für den Fall, dass wir zur Erstellung unserer Prognosen auf Echtzeit-Sensordaten zugreifen sollen, bieten wir Ihnen Unterstützung bei der Wahl und geographischen Positionierung der Sensoren, um möglichst wirtschaftlich eine hohe Vorhersagequalität zu erreichen, gleichzeitig aber auch die Privatsphäre von Personen zu respektieren, getreu unserem 3S-Grundsatz (»Strategic Sampling und Sensing«).

Rechts: flächendeckende Erfassung an jedem Punkt der Ressourcennutzung/-erzeugung (Haushalt, Straße, öffentliche Bereiche) für numerische Prognosen.

Links: 3S, bei dem die Sensorik nur spärlich verteilt ist, da die geografische Dichte der Sensoren aus Datenschutzgründen begrenzt ist (dargestellt durch Kreise). Wobei räumliche Korrelationen im Ressourcenverbrauch genutzt werden, um Kosten zu senken, und gezielte Prognosen für die multimodale Integration verwendet werden, um eine gleichwertige Prognosegenauigkeit zu erreichen.

Das IT4Energy-Zentrum bietet mit seinen innovativen IT-Lösungen Unterstützung zum effektiven und effizienten Management von Ressourcen insbesondere im Energiesektor. Durch enge Kooperation mit unseren Kunden entstehen individuelle Lösungen und Anwendungen, die deren speziellen Anforderungen entsprechen. Insbesondere bieten wir IT-Lösungen für die folgenden Anwendungsbereiche des Ressourcen- und Energiemanagements:

Energiemanagement im Produktionsprozess

Vermeidung von Energie-Spitzen in Produktionsprozessen: Durch Nutzung von Freiheitsgraden in der Produktion helfen wir Energiespitzen und deren Folgekosten zu reduzieren.

Reduzierung von Energiekosten: Mit unserer Planung von Produktionsabläufen lassen sich bei Nutzung zeitvariabler Energietarife erhebliche Einsparungen erzielen.

Eigenverbrauchsoptimierung

Ertragsgeführter Betrieb von Kraft-Wärme-Systemen: Eine Betriebsführung von kraft-wärme-gekoppelten Systemen auf Basis unserer Fahrpläne garantiert einen verschleißarmen, ertragsoptimierten Betrieb von BHKW.

Netzverträgliche Einspeisung und gesteigerter Eigenverbrauch von selbsterzeugtem Strom: Ein Lademanagement von Batterien und das Verschieben von Lasten auf Grundlage unserer Optimierungen vermeidet Einspeisespitzen und steigert die Eigennutzung.

Effizienter Einsatz von Servicekräften 

Gleichmäßige Arbeitsverteilung in der Wartung: Unsere Verschiebung von Wartungsarbeiten unter Beibehaltung von Wartungsintervallen verteilt Arbeitslasten gleichmäßig: Überstunden und Leerlauf werden vermieden, die Zufriedenheit des Personals steigt.

Optimale Zusammenfassung von Einsatzstellen zu Servicezentren: Unser Clustering von Einsatzorten zu Servicezentren reduziert Fahrzeiten und -wege zwischen Einsatzorten und resultiert in Zeit- und Kostenersparnis.