Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
Institutsteil Angewandte Systemtechnik

Energie-Labore

Energie-Labore

IuK-Energie-Labor

 

Die Herausforderung

Die europäischen Energiesysteme haben sich über Jahrzehnte hinweg entwickelt und wurden in Abhängigkeit ihrer technischen und wirtschaftlichen Randbedingungen optimiert. Seit einigen Jahren unterliegen sie einem tiefgreifenden Wandel, hervorgerufen durch die Liberalisierung der Energiemärkte und durch Maßnahmen für die kostengünstige, umweltgerechte und nachhaltige Bereitstellung und Nutzung von Energie. Hieraus resultieren neue Geschäftsmodelle mit umfangreichen elektronischen Geschäfts- und Kommunikationsprozessen und damit ein verstärkter Wettbewerb um wirtschaftliche, effiziente und sichere Prozesse. Diese neuen Herausforderungen müssen beherrscht werden und erfordern geeignete Strategien und Werkzeuge.


Hierbei werden Informations- und Kommunikationstechnologien (IuK-Technologie) zur Erschließung weiterer Effizienzpotentiale eine zentrale Rolle spielen. Das Ziel sind „intelligente“ Energiesysteme, welche durch Verknüpfung mit IuK-Technologien möglichst im Rahmen einer durchgängigen Applikationsstruktur entstehen. Dazu sind neue IuK-Technologien sowie Methoden und Verfahren für das nahtlose Zusammenspiel aller Betriebsmittel zu entwickeln, um auch zukünftig eine durchgängig ökonomisch und ökologisch optimale Energieversorgung zu gewährleisten. Hierzu gehören insbesondere die Erhöhung der Netzstabilität, die optimale Einbindung bestehender elektrischer Anlagenund neuer, dezentraler Kleinsterzeuger, die Vermeidung von Netzengpässen, die Minimierung der Energiekosten oder auch die automatische Netzrekonfiguration im Störfall.




Aufbau

Das IuK-Energie-Labor für intelligente Energiesysteme ist am Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST und am Fachgebiet Elektrische Energieversorgung der Technischen Universität Ilmenau aufgebaut. Am Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST werden vor allem die energiewirtschaftlichen Aufgaben und Marktprozesse, insbesondere Fragen zum Energiemanagement, Energiedatenmanagement, Lieferantenwechselprozess und Automated-Metering untersucht. Zu diesem Zweck verfügt das IuK-Energie-Labor des AST über modernste IT-Systeme, wie sie in kommunalen und regionalen Energieversorgungsunternehmen in den Bereichen Zähl- und Messwesen, Vertrieb, Beschaffung und Netz zu finden sind. Sie stellen Funktionen zur automatischen Datenerfassung, zum Fernwirken und Fernsteuern sowie zur Vorhersage und Optimierung bereit und ermöglichen die Untersuchung verschiedenster FuE-Themen wie z.B. virtuelle Kraftwerke, Betriebsführung von Insel-/Arealnetzen, Demand-Response und Demand-Side-Management. Im Fachgebiet Elektrische Energieversorgung liegt der Fokus des IuKEnergie-Labor auf energietechnischen Themen, insbesondere zu Fragen der Netzbetriebsführung und Systemintegration. Hierzu wurde ein Trainings- und Simulationssystem für elektrische Übertragungs- und Verteilnetze, bestehend aus Prozessleitsystem, Echzeitnetzsimulator (RTDS), physikalischem Netzmodell und digitalen Schutzeinrichtungen, aufgebaut. Weitere beteiligte Partner sind das Fraunhofer Institut UMSICHT Oberhausen,die SWE Energie GmbH und das Solardorf Kettmannshausen. Ihre Unterstützung besteht in der Bereitstellung von ausgewählten Messwerten zur aktuellen Erzeugungs- und Bedarfssituation für die rechnergestützte Simulation eines möglichst realen Versuchs- und Testfeldes. 

 

Forschungsschwerpunkte

  •  Innovative IuK-Technologien und Konzepte zur Führung, Überwachung und zum Monitoring von Energiesystemen für liberalisierte Energiemärkte
  • Algorithmen und Technologien für ganzheitliches Energiemanagement für Strom, Gas und Wärme/Kälte
  • Virtuelle Kraftwerke durch koordinierte Betriebsführung dezentral verteilter Einspeisungen wie z.B. Windkraft- oder Photovoltaikanlagen
  • Echtzeitfähige Erfassung, Übertragung und Verwaltung von Massendaten zur optimalen Einbindung fluktuierender dezentraler Einspeisungen
  • Untersuchung und Entwicklung von IuK-Technologien für das Demand-Side-Management und für die energiebörsliche Anbindung von Privathaushalten
  • Home-Portal-Interface zur Abrechnung und Visualisierung des Verbrauchs von Privathaushalten
  • Volldigitale Schutz- und Leittechnik insbesondere für dezentrale Energieerzeugeranlagen
  • Antihavarietraining für elektrische Energiesysteme und Testplattform für leittechnische Komponenten industrieller Anbieter.

 

Forschungsplattform Intelligente Energiesysteme

Die Forschungsplattform »Intelligente Energiesysteme« stellt die Infrastruktur für eine Vielzahl an FuE-Vorhaben im Bereich intelligenter Energiesysteme dar. Sie setzt sich aus dem IuK-Energie-Labor und dem im Jahre 2009 errichteten Energiepark zusammen und ist Grundlage für die Entwicklung zukünftiger IT Lösungen für Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber, insbesondere von Energiemanagementsystemen sowie Vorhersage- und Optimierungswerkzeugen. Auch für zahlreiche Forschungsprojekte wie z.B. eTelligenceRESIDENS oder der Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität kann die Forschungsplattform »Intelligente Energiesysteme« Anwendung finden. Sie besteht erzeugerseitig aus mehreren lokalen, dezentralen Komponenten. Dazu gehören eine Kleinwindkraftanlage (20 kW) sowie nachgeführte und stationäre PV-Systeme (18 kWp). Zusätzlich verfügt die Forschungsplattform über zwei verschiedene Energiespeichersysteme, eine Redox-Flow-Batterie mit einer Kapazität von 100 kWh zur mittelfristigen Speicherung elektrischer Energie und zur Kurzfristspeicherung zwei Schwungmassespeicher mit insgesamt 25 kW Nennleistung.

Ergänzt wird die Forschungsplattform »Intelligente Energiesysteme« durch zwei Elektrofahrzeuge, intelligente »Weiße Ware« und eine Erdwärmepumpe mit 10 kW thermischer Leistung. Alle Komponenten sind auf Ieittechnischer Ebene mit dem IuK-Energie-Labor vernetzt, welches wiederrum Funktionen zur automatischen Datenerfassung bereitstellt. Damit kann an zukünftigen energiewirtschaftlichen Aufgaben und Marktprozessen wie z.B. Vorhersage und Optimierung, Bilanzkreismanagement, virtuelle Kraftwerke, Automated Metering und Demand Side Management geforscht werden. Dabei soll, mittels Phasor-Measurement-Units, auch der Netzzustand der Stadtwerke Ilmenau berücksichtigt werden.




 Intelligente Ladestation für die Elektrofahrzeuge

Technische Daten:

  • Kleinwindkraftanlage 7 kW
  • Photovoltaik, nachgeführt: 10 kWp
  • Photovoltaik, stationär: 8 kWp
  • Erdwärmepumpe: 10 kWth
  • Vanadium-Redox-Flow-Batterie mit 100 kWh Speicherkapazität
  • Zwei Schwungmassespeicher mit jeweils
    10 bzw. 15 kW Nennleistung
  • Elektrofahrzeug: BMWi3 für verschiedene Forschungsprojekte
  • Volldigitalisiertes Leitsystem
  • Wetterstation
  • Steuerbare Verbraucher: Waschmaschine, Geschirrspüler, Kühlschrank, Trockner
  • Wahlweise netzgekoppelter Betrieb und Inselbetrieb möglich
  • Leittechnische Anbindung an das IuK-Energie-Labor
  • Flexible, programmierbare AC-Last
  • Versuchsstand für thermische Speicher


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