Wofür steht AGenC? 

Automatische Generierung von Modellen für Prädiktion, Testen und Monitoring cyber-physischer Systeme.

Wovon handelt AGenC?

Nahezu alle Anwendungsfelder der Informationstechnik von Mobilität über Logistik und Maschinenbau bis hin zur Energietechnik werden von cyber-physischen Systemen dominiert. CPS sind vernetzte Rechnersysteme (,,cyber”), die über Sensoren und Aktuatoren direkt mit der Umwelt (,,physisch”) interagieren. Komplexe CPS bei Entwurf und im Betrieb zu prüfen (Testen), während des Einsatzes zu überwachen (Monitoring) oder eine Vorhersage des Systemverhaltens abzugeben (Prädiktion), ist extrem aufwendig. Für alle diese Anwendungen werden valide Modelle der Systeme benötigt. Allerdings sind Teilkomponenten oder sogar ganze Teilsysteme moderner CPS oft nur als eine Black-Box verfügbar, deren interne Realisierung nicht oder nur bedingt bekannt ist. In diesem Fall müssen Modelle erst aufwendig erstellt werden, was häufig in manueller Arbeit geschieht oder komplett unterbleibt. Ebenso fehlen Qualitätsmetriken für Einsatz und Übertragbarkeit der Modelle in ihren Anwendungen sowie für die Auswahl und den Vergleich verschiedener Modelltypen. Bisher sind die notwendigen Schritte zur Modellierung nur wenig automatisiert, sodass Testen, Monitoring und Prädiktion zunehmend Flaschenhälse im Entwurf verursachen.

Welches Ziel verfolgen wir mit AGenC?

Ziel des Projekts AGenC ist es, für CPS aus verschiedenen Anwendungsbereichen einen Werkzeugkasten mit einheitlich nutzbaren Methoden und interoperablen Technologielösungen zu entwickeln. Konkret wird ein Framework aus neuartigen Software-Methoden und -Werkzeugen, die Modelle für CPS erstellen, realisiert. Daher sollen zunächst generalisierte Schnittstellen zur Nutzung in diversen Anwendungsbereichen erstellt werden. Des Weiteren sollen neuartige Modelllerner, die einerseits auf Adversarial Resilience Learning aufsetzen und andererseits diskrete und kontinuierliche Modelle kombinieren, um so relevante Aspekte von Interpretierbarkeit bis Genauigkeit der Modelle gleichzeitig zu adressieren, entwickelt werden. Zur Bewertung der Modellqualität sollen Kriterien und Metriken zum Vergleich und zur Erweiterung verschiedener Modelle definiert werden. Insgesamt sollen Testfallgeneratoren, System-Monitore und -Prädiktoren, die auf Basis von Modellen funktionieren, umgesetzt werden. Dabei sind die Modelle in den Anwendungen modular, d.h. austauschbar, vergleichend oder ergänzend eingebunden.

In welchen Bereichen liegen die Arbeitsschwerpunkte der VIVAVIS?

Die VIVAVIS bringt in das Projekt seine Erfahrung und Kompetenz im Bereich Infrastruktur, insbesondere Energiesysteme und Netzleittechnik ein. Konkrete Arbeitsschwerpunkte sind Beiträge zu folgenden Aspekten:

• Definition der Anforderungen und Systemarchitektur
• Implementierung konkreter Schnittstellen zur Interaktion der Netzleittechnik mit dem AGenC-Framework
• Konzeptionierung, Implementierung und Validierung eines Werkzeugs, welche das Verhalten eines CPS während der Laufzeit überwacht und unerwünschte Systemzustände erkennt
• Entwurf und Implementierung eines Demonstrators für Energiesysteme

Wer sind unsere Projektpartner?

• Institut für Technische Logistik, Technische Universität Hamburg
• Fraunhofer-Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen
• Institut für Eingebettete Systeme, Technische Universität Hamburg
• OFFIS – Institut für Informatik
• SICK AG
• KALP GmbH

Wer fördert AGenC?

Wofür steht CACTUS? 

Connect, Assist & Control: Transparenz und Systemstabilität für Smart Energy Systeme

Wovon handelt CACTUS?

Die Herausforderung für die Dekarbonisierung des Energiesystems ist eine zunehmende Elektrifizierung und systemdienliche Vor-Ort Versorgung von Kundenanlagen, Quartieren und Ladeclustern. Dabei muss die Vor-Ort Versorgung, etwa durch gezielte Nutzung von lokalem Solarstrom oder Strom und Wärme aus Blockheizkraftwerken, mit dem Netz und Energiemarkt abgestimmt werden. Auf diese Weise können Netzengpässe reduziert und das Gesamtangebot an elektrischer Energie regional und zeitlich optimal genutzt und verteilt werden. Die Steuerbarkeit des Verteilnetzes bietet derzeit nur sehr begrenzte Möglichkeiten auf Marktseite, sodass in diesem Projekt Algorithmen zur Optimierung von Netzbetrieb und Markt entwickelt werden. Dazu werden außerdem Schnittstellen entwickelt, sodass die Teilnehmer des Energiemarktes kommunizieren können.

Welches Ziel verfolgen wir mit CACTUS?

Ziel des Projekts CACTUS ist die optimierte Netzauslastung und Energienutzung im Verteilnetz, durch das Heben von Flexibilitätspotentialen am Beispiel von Ladeclustern und Quartieren. Kernelement sind Anreize in Form von (virtuellen) Preissignalen, die dezentralen automatisierten Anlagen zur Verfügung gestellt werden. Einerseits soll dadurch Strom günstiger bezogen werden, andererseits soll es am Beispiel von Ladeclustern möglich werden, höhere Anschlussleistungen ohne Netzausbau freizugeben. Durch gezielte Kommunikation (Connect) werden Netzbetreiber unterstützt (Assist), erstens die Zulassung von weiteren Anlagen unter Einbezug von deren Flexibilität im Netz zu prüfen und zu bestätigen und zweitens prognostizierte Netzengpässe zu visualisieren und durch geeignete (virtuelle) Preissignale aufzulösen (Control). Der Algorithmus adaptiert (virtuelle) Preissignale entsprechend, sodass mit hoher Wahrscheinlichkeit bei allen Schwankungen im Erzeugungs- und Verbrauchsverhalten die Netzgrenzen eingehalten und damit §13.2 Maßnahmen (Abschaltungen in der roten Ampelphase) vermieden werden. Dabei steht es Kundenanlagen frei auf diese (virtuellen) Preissignale zu reagieren oder nicht.

In welchen Bereichen liegen die Arbeitsschwerpunkte der VIVAVIS?

Die VIVAVIS bringt in das Projekt ihre Erfahrung und Kompetenz im Bereich Infrastruktur, insbesondere Energiesysteme und Netzleittechnik ein. Konkrete Arbeitsschwerpunkte sind Beiträge zu folgenden Aspekten:

• Prototypische Anbindung eines CPO über das Protokoll OpenADR an die Netzleittechnik der VIVAVIS
• Prototypische Anbindung von Prognose-Informationen über das Protokoll CIM an die Netzleittechnik der VIVAVIS
• Ausgabe von Steuersignalen bzw. Fahrplanwerten an die iMSYS-Infrastruktur aus der Netzleittechnik der VIVAVIS
• Unterstützung des Leitwarten-Personals durch Musterimplementationen eines Assistenz-Systems in der Netzleittechnik der VIVAVIS

Wer sind unsere Projektpartner?

• AVAT Automation GmbH
• msu solutions GmbH
• Power Plus Communications AG
• Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
• Technische Hochschule Ulm
• Stadtwerke Schwäbisch Hall GmbH
• Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm Netze GmbH
• Stadtwerke Ludwigsburg Kornwestheim GmbH
• Stadtwerke Bernburg GmbH

Wer fördert CACTUS?

Wofür steht Optinetz – Bosbüll? 

Betriebsoptimierung des Wärmenetzes einschließlich der Nutzung von Strom aus EE und Abwärme aus der Wasserstoffproduktion in Bosbüll

Wovon handelt Optinetz – Bosbüll?

Die erfolgreiche Dekarbonisierung im Wärmesektor hängt von Effizienzmaßnahmen an der Gebäudehülle und der Anlagentechnik sowie der vermehrten Integration von erneuerbaren Energien (EE) ab. Insbesondere gewinnen sektorübergreifende (Strom- und Wärmesektor) Betriebsführungen von lokalen Nahwärmenetzen für die Dekarbonisierung des Wärmesektors und den Ausbau der erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. In einem lokalen Stromsystem mit hohen Anteilen von EE steigt die Anzahl der Stunden, in denen das Angebot die Nachfrage übersteigt, stetig. Die Flexibilitätsreserven der Wärmeversorgung sind in Zeiten verfügbar, in denen der Stromverbrauch niedriger ist als die ins Netz eingespeiste Menge aus erneuerbaren Energiequellen. Anstatt die Erzeugungsanlagen abzuregeln, kann der Strom dann gespeichert oder beim Betrieb eines Wärmenetzes genutzt und damit die Netzstabilität gesichert werden. Hierfür soll die Systemflexibilität von der Wärmeerzeugung über die Wärmeverteilung bis zur Wärmeübergabe in Gebäuden optimal genutzt werden. Jedoch sind in dem meist wärmegeführten Betrieb von Wärmenetzen einzelne Systemkomponenten nicht aktiv in die Optimierung des Gesamtsystems integriert. Für eine systemübergreifende Optimierung sollen Potenziale der prädiktiven Regelung mit Hilfe der künstlichen Intelligenz (KI) erschlossen werden.

Welches Ziel verfolgen wir mit Optinetz – Bosbüll?

Der Fokus von Optinetz – Bosbüll liegt auf der Umsetzung von optimierten Betriebsstrategien. Dies soll mit Hilfe KI basierter, prädiktiver Regelung unter Berücksichtigung von technischen, wirtschaftlichen und regulatorisch-rechtlichen Aspekten durchgeführt werden. Die grundlegenden technischen Aspekte beinhalten dabei die simulationsgestützte Entwicklung einer KI- und prognosebasierten Betriebsführung für das Wärmenetz zur maximalen Nutzung des eigenen lokal erzeugten Stroms aus PV- und Windkraftanlagen und der erlösoptimierten Vermarktung im Strommarkt. Darüber hinaus sollen die Einbindung von Abwärme aus der Wasserstoffproduktion ins Wärmenetz und die Nutzung von thermischen Speichern im Lastmanagement mitberücksichtigt werden. Damit soll eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads der Wasserstoffproduktion durch die Einbindung der Abwärme ins Wärmenetz ermöglicht werden.

Neben den technischen Aspekten werden wirtschaftliche und regulatorisch rechtliche Aspekte, vor allem der wirtschaftliche Betrieb von lokalen PV- und Windkraftanlagen nach dem Auslauf der EEG-Vergütung und der Ansatz motivierender Tarifmodelle untersucht. Die detaillierte Analyse der Betriebsstrategien mit Hilfe des umfassenden Monitorings innerhalb des Leuchtturmprojektes führt zu einer geeigneten Datengrundlage für die Übertragbarkeit auf weitere ähnliche Projekte. Die Durchführung des beschriebenen Vorhabens kann eine nahezu klimaneutrale Wärmeversorgung in Bosbüll ermöglichen.

In welchen Bereichen liegen die Arbeitsschwerpunkte der VIVAVIS?

• Anbinden der Partner über Schnittstellen an die Softwareplatform der VIVAVIS. Die unterschiedlichen Daten der verschiedenen Domains sollen über die Softwareplatform normalisiert werden. Diese Daten werden dann allen Bedarfsträgern des Projektes zur Verfügung gestellt, unter Anderem der VIVAVIS-Tochtergesellschaft eoda um KI-basierte Auswertungen und Prognosen im Bereich der Betriebsführung durchführen zu könne. Der Rückfluss der Daten und sich ergebener Betriebs-Optimierungen werden über das VIVAVIS-System unabhängig von einzelnen ggf. herstellerspezifischen Schnittstellen standardisiert und zur Verfügung gestellt.
• Qualitätssicherung für eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, (unterstützend für eoda) sowie Mess- und Monitoringkonzepte.
• Darüber hinaus wird die VIVAVIS die Übertragbarkeit der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse auf andere Anwendungsfelder analysieren und mögliche Geschäftsmodelle zusammen mit den Partnern benennen. Somit dient das Projekt als Pilot für ähnliche Anwendungsfälle.

Wer sind unsere Projektpartner?

• Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE
• GP JOULE GmbH
  
• ARGE Netz GmbH & Co. KG
• eoda GmbH
• YADOS GmbH

Wer fördert Optinetz – Bosbüll?

Wofür steht RESIGENT? 

Strommarkt- und netzorientiertes Energiemanagement von flexiblen Verbrauchseinrichtungen auf Basis resilienter Steuerungsfunktionen im Kontext dezentraler, agentenbasierter Algorithmen.

Wovon handelt RESIGENT?

Die aktuellen Entwicklungen der Elektromobilität sowie der Energiewende haben bereits heute unmittelbare Auswirkungen auf den Strommarkt und das Stromnetz. Beispielsweise ist hier ein signifikanter Anstieg von Netzlasten mit hoher Gleichzeitigkeit und langer Nutzungsdauer zu nennen. Demgegenüber stehen die Interessen der Kunden der Elektromobilität nach jederzeitiger Verfügbarkeit und damit des Energiemarktes insgesamt. Die Steuerbarkeit des Verteilnetzes bietet derzeit nur sehr begrenzte Möglichkeiten auf Marktseite, um netzdienliche Schaltungen oder präventives Netzverhalten zu incentivieren. Es ist daher deutlich, dass es gesamtheitlich eingebundene Systemkonzepte, Schnittstellen und Marktmodelle bedarf.

Welches Ziel verfolgen wir mit RESIGENT?

Das Projekt RESIGENT verfolgt das übergreifende Ziel, optimierte Schaltungen und Ladeprozesse an einer neuartigen Ladesäule über dezentrale, agentenbasierte Algorithmen zu ermöglichen, so dass systemdienliche Funktionen durch den nicht-regulierten Strommarkt zur Verfügung gestellt werden können.

Damit soll die Resilienz der Netze im Sinne einer höheren Versorgungssicherheit sowie die Abfahrsicherheit (Elektrofahrzeuge) der EV-Nutzer erhöht werden. Entsprechend aktuellen (2‘2023) regulativen Vorgaben wird das intelligente Messsystem (iMSys) hierbei zum Einsatz kommen und ein marktorientiertes Lastmanagement dynamisch, intelligent und flexibel für die Elektromobilität möglich werden.

Die im Projekt RESIGENT entwickelten Lösungen werden in zwei Netzabschnitten des Projektpartners Stadtwerke Haßfurt in realen Szenarien in Verbindung mit einem flexiblen Stromtarif erprobt und bewertet. Die Ergebnisse werden als Lösung in die Entwicklung der innovativen VIVAVIS-Produkte einfließen. So ist z.B. die Anbindung der VIVAVIS-Steuerbox an ein HEMS (Home Energy Management System) mit standardisierter bidirektionaler Kommunikation nach VDE-AR E 2829-6 (EEBUS) mit marktlichen Erweiterungen ein Projektziel. Die Ergebnisse sollen in die Standardisierung einfließen.

In welchen Bereichen liegen die Arbeitsschwerpunkte der VIVAVIS?

• Anbindung eines HEMS des Partners Hager über das Protokoll EEBUS an die FNN-konforme Steuerbox der VIVAVIS mit neuen tariforientierten Use-Cases
• Einbindung dieser neuen Use-Cases in die Systemlandschaft iMSYS der VIVAVIS über das Protokoll IEC 61850
• Anbindung eines transparenten CLS-Kanals aus dem iMSYS an die vorhandene Systemlandschaft der VIVAVIS zur Nutzung des MQTT-Protokolls
• Ausleitung des MQTT-Protokolls aus der Systemlandschaft der VIVAVIS zu einem beliebigen Marktteilnehmer (im Projekt: an den Projektpartner Hager und Uni Siegen)

Um diese Ziele zu erreichen wird die VIVAVIS verschiedene vorhandene Produkte in das Projekt einbringen und vorhandene Lösungen für das Projektziel weiterentwickeln.

Wer sind unsere Projektpartner?

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
• EEBus Initiative e.V.
• Hager Vertriebs­ge­sell­schaft mbH & Co. KG
• Hochschule Ruhr West
• Stadtwerk Haßfurt GmbH

Wer fördert RESIGENT?