FH Bielefeld
University of
Applied Sciences
19.10.2022

Mehr Flexibilitäten für das Stromnetz – Kick-off-Treffen des Forschungsprojektes AI-flex

Im Projekt AI-flex soll eine autonome KI für zellulare Energiesysteme mit zunehmender Flexibilität durch Sektorenkopplung und verteilte Speicher entwickelt werden.

Immer mehr sogenannte dezentrale Geräte zur Stromerzeugung wie Photovoltaikanlagen, Speicher sowie verschiedene Verbraucher mit unterschiedlichen Lasten sind im Netz auf den unteren Spanungsebenen abgeschlossen: Das belastet das Stromnetz durch Schwankungen in Erzeugung und Verbrauch. Das von der FH Bielefeld initiierte internationale Forschungsprojekt „AI-flex“ untersucht, wie sich diese Schwankungen lokal und über den Sektor Strom hinaus ausgleichen lassen. Die Idee: Das Energiesystem wird in dezentrale, durch eine KI verwaltete Energiezellen aufgeteilt.

AI-flex beruht auf der Erkenntnis, dass der Anteil der erneuerbaren Energien in den Energiesystemen erhöht werden muss, um alle Energiesektoren zu dekarbonisieren und den Klimawandel zu bekämpfen. Der Aufbau eines europäischen zellularen Energiesystems mit zahlreichen dezentralen Anlagen zur Erzeugung, Speicherung und zum Verbrauch erneuerbarer Energien ist ein vielversprechender Ansatz, um dieses Ziel zu erreichen.

Der zellulare Ansatz sieht vor, das Netz in dezentrale, selbstverwaltende Energiezellen auf allen hierarchischen Ebenen aufzuteilen. Dabei kann jede Zelle Strom-, Gas- und Fernwärmenetze umfassen, die durch Sektorenkopplung und Energiespeicherlösungen wie Batterien und Power-to-X-Systeme (X: Gas/Wärme/Mobilität) eine hohe Effizienz und Flexibilität erreichen. Jede Energiezelle besitzt einen autonomen Zelloptimierer. Durch die Sektorenkopplung zeichnet sich dieses System durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich des Anteils der erneuerbaren Energien sowie durch eine hohe Versorgungssicherheit aus. Zwar gibt es in Deutschland bereits erste Energiezellen, doch liegt deren Fokus vor allem auf der Maximierung des Eigenverbrauchs der erneuerbaren Energieerzeugung. Ein echtes Energiezellensystem, bei dem die Zellen ihren Energieaustausch in einem vorgegebenen Zeitrahmen aushandeln, gibt es bisher nicht.

Projektübersicht AI-flex

In AI-flex soll genauso ein Energiezellensystem entwickelt und untersucht werden: Für einen autonomen Aufbau des zellularen Energiesystems müssen die Erzeugung, die Speicherung, die Sektorenkopplung und der Verbrauch aller Geräte überwacht und gemeinsam von den Energieversorgungsunternehmen überwacht und gesteuert werden. Neben der Überwachung und Auswertung der zahlreichen Betriebsgrößen der Geräte, müssen das Nutzerverhalten und wetterabhängige Prognosen von Energieüberschüssen oder -engpässen innerhalb der Zelle und der benachbarten Zellen kontinuierlich ausgewertet werden. Da es derzeit keine adäquate Steuerungsmethode für die Vielzahl von Geräten und Restriktionen gibt, wird in AI-flex ein leistungsfähiger KI-Zellenoptimierer entwickelt.

Gruppe von Forschenden vor der FH Bielefeld
Die Projektpartner des Projektes AI-flex. Prof. Dr.-Ing. Jens Haubrock, Thomas Engelmann, Michael Kelker (FH Bielefeld), Stefan Junghänel (Bielefelder Netze), Stefan Übermasser (AIT), Stefan Wilker (TU Wien), Thomas Reisinger (TU Wien), Prof. Dr.-Ing. Ping Zhang (TU Kaiserslautern)

Dieser konkreten Idee stellt sich das deutsch-österreichische Forscherbündnis aus der FH Bielefeld mit der Arbeitsgruppe Netze und Energiesysteme, der TU Kaiserslautern vom Lehrstuhl Automatisierungstechnik, der TU Wien mit dem Institut für Computertechnik, dem Austrian Institute of Technology (AIT), sowie den Industriepartnern Voltaris und die Stadtwerke Bielefeld. Die Forschungseinrichtungen konzentrieren sich vor allem auf die Entwicklung und die anschließende Validierung in Testlaboren von geeigneten autonomen Steuerungen für P2X-Technologien und Batteriespeichern, die zukünftig in europäischen zellularen Energiesystemen eingesetzt werden sollen. Die Industriepartner fokussieren nach erfolgreicher Entwicklung der Steuerungen zum einen die erfolgreiche Implementation in das Stromnetz in Form von Feldtests, die das System final prüfen sollen. Zum anderen entwickeln sie innovative Geschäftsmodelle um den Transfer abzurunden.

Auf dem zweitägigen Kick-off Treffen am 21. und 22. September in Bielefeld stand der Austausch zwischen allen beteiligten internationalen Projektpartnern im Fokus. Nach einem Ice-Breaker zum persönlichen Kennenlernen zu Beginn der Veranstaltung kam es bereits zu regen Diskussionen über die Inhalte und die anstehenden Aufgaben des Projektes. Auch sind die ersten Ergebnisse des im Juni diesen Jahres gestarteten Forschungsprojektes diskutiert worden. Die Kick-off Veranstaltung war für alle Projektpartner ein gelungener Auftakt in die konkreten Aufgaben des Projektes.