Für eine nachhaltige und klimafreundliche Energieversorgung ist ein grundlegender Umbruch erforderlich: Fossile Energieträger sollten zunehmend durch erneuerbare Energiequellen ersetzt werden, um die Auswirkungen des Klimawandels einzudämmen. Außerdem werden geopolitische Abhängigkeiten von gas- und stromliefernden Ländern reduziert, wenn die Energie zunehmend im Inland aus Wind, Wasser und Sonne erzeugt wird. Dies rückt einen wirtschaftlichen Aspekt des Klimawandels in den Vordergrund: Energie muss bezahlbar bleiben – für Privatpersonen und Unternehmen. Aus diesen Gründen wird die Erzeugung, Verteilung und Nutzung erneuerbarer Energie nicht nur unter dem ökologischen Aspekt immer wichtiger, sondern auch unter dem ökonomischen und sozialen. Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) ermöglichen es, die schwankende und nicht steuerbare Energieerzeugung aus Sonne und Wind nutzbar zu machen und Verbraucher*innen zum gewünschten Zeitpunkt zur Verfügung zu stellen.
In digitalisierten Energiesystemen gibt es Wechselwirkungen und Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Energiesektoren, wie Strom und Wärme, sowie den IKT-Systemen. Simulationen tragen dazu bei, diese Abhängigkeiten besser zu verstehen und kritische Wechselwirkungen zu identifizieren. Dafür analysierten die Wissenschaftler*innen zunächst, welche Anforderungen Simulationsmodelle und deren Co-Simulationen erfüllen müssen. Co-Simulationen dienen dazu, verschiedenen Subsysteme (z. B. Anlagemodelle, Steuerungseinheiten) verteilt zu simulieren. Je nach Fokus des vorliegenden Anwendungsfalls (technisch oder ökonomisch) ergeben sich unterschiedliche funktionale sowie nicht-funktionale Anforderungen an die Modelle: Bei den funktionalen Anforderungen geht es z. B. um die Ein- und Ausgaben des Modells oder um das Verhalten. Nicht-funktionale Anforderungen beziehen sich z. B. auf die Auflösung oder auf die technischen Schnittstellen. Auf Basis dieser Anforderungen können die Wissenschaftler*innen im nächsten Schritt geeignete Simulationsmodelle identifizieren. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Teile des Szenarios experimentell über die Laborinfrastrukturen der Projektpartner nachzubilden und zu koppeln. Der Vorteil der Kopplung besteht darin, auf existierende Hardware der Partner zurückzugreifen und so kostspielige Anschaffungen zu vermeiden. Aber auch der Austausch und die gemeinsame Nutzung von Expertise in spezifischen Bereichen wird so gefördert und gewinnbringend genutzt.
Für die Implementierung der IKT-Modelle innerhalb der geplanten Simulationsumgebung mussten zunächst die Anforderungen an diese Implementierung genau spezifiziert werden. Dies umfasste auf der einen Seite den benötigten Detaillierungsgrad der IKT-Systemmodellierung und auf der anderen Seite nicht-funktionale Anforderungen, wie z. B. Laufzeitbeschränkungen für die Berechnungsmodule. Auf Basis dieser Spezifikationen können anschließend technische Implementierungsentscheidungen effizient getroffen werden, da alle Beschränkungen klar definiert sind.
Zu diesem Thema sind folgende wissenschaftliche Veröffentlichungen erschienen:
Am Teilprojekt „Erforschung von IKT-Abhängigkeiten in Quartiersversorgungssystemen“ sind folgende Forschende seit Beginn involviert:
