Energie: Netze, Speicherung und Erzeugung

Energieeffizienz und grüne Energie für Industrie, Privathaushalte und Verkehr

Die Klimakrise fordert es schon seit Langem, der Konflikt mit Russland macht das Thema noch brisanter: Energie sparen ist das Gebot der Stunde.

In verschiedenen Schwerpunkten arbeiten die Partner des Leistungszentrums an Möglichkeiten, Energie – vor allem aus fossilen Brennstoffen – einzusparen und durch regenerative Energiequellen zu ersetzen. Im Leistungszentrum forschen wir zu klimafreundlichere Technologien für die Zukunft oder optimieren die Produktion von Unternehmen in punkto Energieverbrauch.

Zum Beispiel erforscht und entwickelt unter anderem die Gruppe »Green by IT« innovative Technologiekonzepte für die Nutzung von erneuerbarer Energie. Die Wendeware AG, eine Ausgründung des Fraunhofer ITWM, übernimmt die Vermarktung der Software zur Umsetzung der Energiewende und entwickelt die zukunftsrelevanten Technologien weiter.

In den Transferzentren und Forschungs- und Entwicklungs-Labs des Leistungszentrums werden Projekte zu die folgenden Themen bearbeitet:

Energieerzeugung

 

Ertragsprognosen für Photovoltaikanlagen

Im Projekt PVCAST wurde ein Prognoseservice entwickelt, welcher die Produktion einer Photovoltaik-Anlage für die nächsten sieben Tage voraussagt. Dabei spielt die Spezifikation der Anlage, wie z.B. Modul- und Wechselrichtertypen oder die Ausrichtung und Neigung der Anlage keine Rolle mehr.

 

Simulation der Physik von Windkraftanlagen und Rotordynamiken

Das EU-Projekt »UPWARDS – Understanding of the Physics of Wind Turbine and Rotor Dynamics through an Integrated Simulation Framework« startete im April 2018 mit dem Ziel, die Entwicklung größerer und besser ausgelegter Windkraftanlagen zu ermöglichen und damit die Kapazitäten der Windenergie in ganz Europa und dem Rest der Welt zu erhöhen.

 

Green by IT

Die Gruppe Green by IT beschäftigt sich mit der Erforschung und Entwicklung von innovativen Technologiekonzepten für die Nutzung von erneuerbarer Energie. 

Energiespeicherung

 

Effizienzsteigerung von Batteriespeichern und Wärmepumpen

Im Landesprojekt ENERDIG dreht sich alles ums Energiesparen. Die Forschenden setzen Digitalisierung und KI unter anderem ein, um die Effizienz von Batteriespeichern und Wärmepumpen zu steigern.

 

Bereitstellung von Wasserstoff

Die Energiewende kann nur gelingen, wenn viele dezentrale Speichermöglichkeiten und neue Energieträger genutzt werden. Darum fördert der Europäischen Fonds für regionale Entwicklung EFRE das Projekt AMMONPAKTOR, um das Potenzial von Ammoniak als Wasserstoffspeicher auszuloten. 

 

Entwicklung und Erprobung von Batteriezellen

Im Projekt ABBA-VEEB wird basierend auf der Simulationssoftware BEST eine deutlich breiter einsetzbare Auslegungsplattform sowohl für das virtuelle Design als auch für die virtuelle Erprobung von aktuellen Batteriezellen für die E-Mobilität entwickelt und grundlegend getestet.

Energienetze

 

Quantencomputing für die Energiewirtschaft

Im BMWi-geförderten Projekt »EnerQuant« entwickeln wir Algorithmen für Qubit-basierte Quantencomputer und Quantensimulatoren zur Lösung eines energiewirtschaftlichen Fundamentalmodells mit stochastischen Einflussgrößen. Als Basis des Projektes definieren wir ein einfaches Fundamentalmodell, welches wir in ein quantenmechanisches Problem übersetzen und welches sich effizient auf einem Quantensimulator lösen lässt.

 

Regelungskonzepte für Energienetze der Zukunft

Im Projekt »MathEnergy« erarbeitet das Forschungsteam insbesondere netzübergreifende, modellbasierte Monitoring- und Regelungskonzepte für Planung und Betrieb des elektrischen Transport- und Verteilnetzes.

 

5G Infrastrukturen für zellulare Energiesysteme mit KI

Das vom BMWi-geförderte Projekt »5Gain – 5G Infrastrukturen für zellulare Energiesysteme unter Nutzung künstlicher Intelligenz« hat das Ziel, 5G Konzepte für zellulare Energiesysteme zu entwickeln und zu evaluieren.

  • 5Gain (itwm.fraunhofer.de)

Elektromobilität

 

Batterien für die E-Mobilität

Im Projekt »MultiskalenBEV« arbeiten die Forschenden an maßgeschneiderten und intelligenten Lösungen in der virtuellen Produktentwicklung von E-Fahrzeugen. Im Fokus stehen optimierte Batteriemodelle: Sie sollen eine hohe rechnerische Effizienz vorweisen, zuverlässig sein und frühzeitig im Entwicklungsprozess eingesetzt werden können.

 

 

Neuartige Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

Im Projekt chargeBIG entwickeln wir gemeinsam mit der MAHLE-Gruppe und der eliso GmbH eine neuartige Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge. Sie ist kosteneffizient, hochskalierbar und gleichzeitig netzdienlich. Ziel ist es, Parkhäuser möglichst kostengünstig im großen Stil zu elektrifizieren, also alle Parkplätze eines Parkhauses mit einer Lademöglichkeit auszustatten.

 

Software-Toolbox VMC®

Fahrzeuge sind aus unterschiedlichen Gründen unterwegs. Simulationen und Modelle auf Basis der Softwarelösung VMC® zeigen zum Beispiel, welcher Antrieb sich für welche Anwendung lohnt.

Außerdem kann mit der Softwarelösung auch der ÖPNV möglichst energieeffizient geplant werden.

Energieeffizienz in der Produktion

 

Energie- und kosteneffiziente Trinkwasserversorgung

Mit dem Projekt COpt2 knüpfen wir an das erfolgreiche BMBF-Projekt H2Opt an, mit dem Ziel Energie und Kosten im Betrieb und bei der Planung der Trinkwasserversorgung zu sparen. Wir vereinfachen und verbessern den Arbeitsablauf der Wasserversorgungsunternehmen und entwickeln neue Ideen, einem Trinkwasserausfall vorzubeugen.

  • COpt2 (itwm.fraunhofer.de)
 

Optimierung von Gesamtverfahren in der chemischen Industrie

In diesem Projekt wird eine neue Herangehensweise an den Planungsprozess von chemischen Anlagen mittels einer transparenten Optimierungsstrategie erarbeitet. Dabei werden nur diejenigen Lösungen berechnet und weiter analysiert, die die besten Kompromisse für die gewünschten Ziele und Vorgaben darstellen. 

 

Wirtschaftliche Optimierung flexibler stromintensiver Industrieprozesse

Das Ziel des Projektes »FlexEuro« ist die Entwicklung von Methoden und Prototypen, die bei Entscheidungen zur Vermarktung der Flexibilität im Stromverbrauch unterstützen. 

Gebäudeversorgung

 

Energiemanagement-System Amperix

Das herstellerunabhängige Energiemanagementsystem Amperix etabliert mit seiner optimierten Steuerung von Batteriespeichersystemen, Wärmepumpen und Ladestationen für E-Fahrzeuge eine Energie-Drehscheibe für Haushalt und Industrie. Als Entscheidungsgrundlage für die Steuerung werden durch den Amperix alle Energieflüsse in einem Haushalt erfasst.

 

GRID-Friends

Wie kann die Energiewende hin zu erneuerbaren Energieerzeugern effizient erreicht werden? Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich das deutsch-niederländische Forschungsprojekt GRID-Friends.

 

Daten- und Analyseplattform zur Steigerung der Energieeffizienz

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Etablierung einer digitalen Open-Data-Plattform »Open Energy Meter Data« für Energieverbrauchsdaten sowie die Umsetzung von transdisziplinären datenbasierten Use Cases unter Mitwirkung der Fachdisziplinen Elektrotechnik, Technomathematik und Informatik. 

 

Klimaschutz und Wirtschaftlichkeit in der Energieversorgung von Gebäuden

Wenn ein Gebäude geplant wird, soll zukünftig schneller und leichter auch das beste Konzept für die Gebäude-Energie mitgeplant werden. Unsere Optimierungs-Software rechnet binnen Sekunden hunderte Energie-Szenarien durch und visualisiert die vielversprechendsten verständlich.

 

Energie und Versorgung im Bereich Optimierung

Der Anteil von Erneuerbare Energien steigt weiter und stellt uns alle vor neue Herausforderungen. Der Bereich Optimierung des Fraunhofer ITWM entwickeln Planungssoftware, die das Domänenwissen der Expert:innen mit mathematischen Optimierungsalgorithmen verzahnt.

Energiemarkt

 

ENets

Das Projektteam von ENets erstellt mathematische Prognosemodelle, wie sich der Bedarf an Strom im Jahresverlauf entwickelt, um das Stromnetz der Zukunft optimal zu gestalten.

 

AGENS

Damit ein Stromnetz stabil ist, müssen die eingespeiste und die entnommene Energiemenge übereinstimmen. Um das zu planen, braucht es verlässliche Prognosen. Das Team im Projekt AGENS entwickel mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) Algorithmen, die solche Vorhersagen optimieren.

 

Risikocontrolling für Energieunternehmen

Energieunternehmen sind einer Vielzahl von Risiken ausgesetzt, deren Kontrolle und Steuerung elementare Bestandteile der Unternehmensführung sind. Das Fraunhofer ITWM bietet eine Risiko-Controlling-Software, die sich nicht auf Standards beschränkt.