Daran arbeiten Forschende des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Auf der E-world zeigen sie in Halle 4 am Stand 4-619 aktuelle Technologien und Projekte zur Energiewirtschaft – vom Energiemanagementsystem Amperix über Regelungskonzepte für Energienetze bis hin zu finanzmathematischen Methoden. Die Messe findet vom 5.2.2019 – 7.2.2019 in Essen statt.
Die Energiewende stellt Stromanbieter, Stadtwerke, Netzbetreiber und Technikentwickler vor neue Aufgaben, die sich mithilfe unterschiedlicher Methoden der Mathematik und Informatik des Fraunhofer ITWM lösen lassen.
Die »Green by IT«-Gruppe präsentiert das Amperix® Energiemanagementsystem und die myPowerGrid-Plattform: Der Amperix® vernetzt Erzeuger und Speicher unterschiedlicher Hersteller und vollzieht die Sektorenkopplung von Strom, E-Wärme und E-Mobilität in Privathaushalten und der Industrie. Energiedienstleistungen wie prognosebasierte Eigenverbrauchsoptimierung und Peak-Shaving des Netzbezugs (physikalisch und 15-Minuten RLM) können über drei Sektoren gleichzeitig betrieben werden. Die myPowerGrid-Plattform dient als Informationsschnittstelle zum Kunden und Techniker. Außerdem werden über die Plattform neuartige Geschäftsmodelle wie Microgrids oder Schwarmkonzepte und die gemeinschaftliche, verteilte Erbringung von Energiedienstleistungen umgesetzt.
Wie das in der Praxis aussehen kann, zeigt auch das Vorzeigeprojekt Schoonschip in Amsterdam. Dort wird die ITWM-Technologie in 30 schwimmenden Häusern mit PV-Erzeugern, Batteriespeichern und Wärmepumpen installiert: Das Microgrid strebt eine weitgehend autonome Energieversorgung an und bildet zukünftig das nachhaltigste schwimmende Quartier in Europa. Durch das Amperix® EMS werden hier vier Energiedienstleistungen über zwei Sektoren gleichzeitig realisiert.
In die Zukunft denken ebenso die Projekte rund um Predictive Maintenance (PM). Eine zuverlässige Vorhersage der Anlagenverfügbarkeit ist Bestandteil jeden Predictive Maintenance Systems. Denn auch in punkto Energie heißt es, eine Anlage ist nur dann zuverlässig produktiv, wenn sie zeitnah instandgesetzt wird, d.h. Wartung und Reparatur bei Bedarf erfolgen.
»Die Erkennung komplexer Muster vergangener Ereignisse sowie deren Eigendynamik und Trends sind der Schlüssel des von uns entwickelten Systems«, so Andreas Wirsen vom Fraunhofer ITWM. »Seit vielen Jahren beschäftigen wir uns mit der Lösungsfindung zu unterschiedlichsten industriellen Fragestellungen; dazu setzen wir u.a. Methoden des Maschinellen Lernens ein«.
So werden einerseits im Idealfall die Risiken für bestimmte unerwünschte Ereignisse belastungsabhängig prognostiziert und die Wartungsaufwände angepasst. Andererseits werden Anlagenzustände basierend auf Sensorsignaldatenströmen mathematisch modelliert und in Risikogruppen unterteilt. Fehler oder Ausfälle können so bewertet und verhindert werden, noch bevor sie passieren.
Um wiederkehrende mathematische Grundprobleme geht es auch beim Projekt MathEnergy bei der Modellierung, Simulation und Regelung hierarchischer Energienetze. Denn in Bezug auf eine CO2-neutrale Energieversorgung muss der Blick weit gefasst werden – zum Energiekreislauf gehören Erzeugung, Umwandlung, Transport, Speicherung und Verbrauch in Strom-, Gas- und Wärmenetzen. Wichtig ist die Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit.
Ziel des Projektes MathEnergy ist die Erstellung einer Softwarebibliothek, die das komplette gekoppelte Gas- und Stromnetz Deutschlands in allen Ebenen abbildet und die Steuerung des Gesamtnetzes signifikant verbessert. Das Verbundprojekt MathEnergy wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Um die Zukunft der Energienetze dreht es sich auch im BMBF-Projekt ENets, aber hier aus finanzmathematischer Perspektive: Das Projektteam erstellt Prognosemodelle, wie sich der Bedarf an Strom im Jahresverlauf entwickelt, um das Stromnetz optimal zu gestalten. Zum Beispiel um an Spitzentagen Zukäufe aus dem Ausland zu vermeiden und Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Aber die Finanzmathematik hat noch andere Bereiche im Blick: »Erneuerbare Energien verändern die Energiewirtschaft und damit auch ihre Aufgaben und Herausforderungen. Wir liefern individuelle Lösungen von der Modellierung einzelner Commodities bis zur Implementierung einer vollständigen Risiko-Controlling- Software«, so Andreas Wagner vom Fraunhofer ITWM.
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM