Energiesysteme planen

Der Profilbereich Energiesysteme der Zukunft hat seine Forschungsschwerpunkte und – aktivitäten in drei Schaufenstern gebündelt.

Motivation

Die Energiewende führt zu einer deutlich steigenden Komplexität im Energiesystem. Einerseits nimmt die Anzahl der steuerbaren Anlagen rapide zu, sowohl in der Erzeugung als auch auf Seiten der Verbraucher. Andererseits verknüpft die Sektorkopplung als Kernelement einer bezahlbaren Energiewende verschiedene Energiesektoren wie Strom, Wärme und Verkehr eng miteinander. Diese müssen daher in Zukunft zusammen geplant und betrieben werden.

Diese unausweichliche Komplexität kann nur mit (teil-)automatisierten und autonome Systemen für die Entscheidungsfindung in Betrieb und in der Planung solcher Systeme plausibel gemeistert werden. Ein höherer Automatisierungsgrad macht das System anfälliger für Cyberangriffe. Eine solche Gefährdung muss bei der Auslegung der Regel- und Steuersysteme für die kritische Infrastruktur Energie mitberücksichtigt werden.

Forschung

Die TU Darmstadt hat in diesem Bereich folgende Schwerpunkte:

  • Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zur Betriebs- und Auslegungsoptimierung von komplexen Energiesystemen
  • Prototypische Erprobung der Systemansätze für verschiedene innovative Anwendungen
  • Analyse politischer Prozesse und Instrumente der Energie- und Klimapolitik sowie Entwicklung institutioneller Reformvorschläge.

Ziel ist es, auf Fluktuationen der Erneuerbaren flexibel reagieren zu können und einen gegen Störungen und Angriffe resilienten Betrieb sicherzustellen.

Innerhalb des Forschungsthemas arbeiten ingenieur-, natur-, und sozialwissenschaftliche Forscher der TU Darmstadt eng zusammen.

Ausgewählte Projekte

Das Forschungsprojekt AlgoRes untersucht Algorithmen zur Steuerung großer Stromnetze und analysiert deren Anfälligkeit in Bezug auf Ereignisse mit hoher Auswirkung und geringer Wahrscheinlichkeit wie Naturkatastrophen oder Cyberangriffe.

Beteiligter Wissenschaftler:

Prof. Dr. Florian Steinke

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Im Forschungsprojekt „ETA-Fabrik“ entstand an der TU Darmstadt unter Federführung des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen gemeinsam mit 37 Koopertionspartnern aus Wissenschaft und Industrie eine Modellfabrik für eine energieeffiziente Produktion. Hierbei werden verschiedene interdisziplinäre Ansätze zur Reduktion des Energieverbrauchs und der Lastflexibilisierung vom Forscherteam untersucht und im Rahmen des Forschungsgebäudes umgesetzt. Seit Projektbeginn im Jahr 2013 konnten mehrere innovative Technologien an Werkzeugmaschine, Reinigungsmaschine, Infrastruktur und Gebäude erforscht und sowohl in als auch an dem Fabrikdemonstrator umgesetzt werden.

Mit der offiziellen Eröffnung der Fabrik am 02.03.2016 fanden die Forschungsergebnisse zunehmend den Transfer in Lehre aber auch Weiterbildung und Technologietransfer aus der Forschung in die Praxis.

Ein Highlight stellt die Entstehung von drei Ausgründungen dar:

ADAPTIVE Balancing Power GmbH: Entwicklung adaptiver Schwungmassenspeicher.

ETA-Solutions GmbH: Ganzheitliche Energieeffizienzplanung.

Etalytics GmbH i.G.: Intelligentes Energiemanagement

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr.-Ing. Matthias Weigold

Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider

Prof. em. Dr.-Ing. Eberhard Abele (Im Ruhestand)

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Durch intelligente Systemvernetzung wird der Campus Lichtwiese der TU Darmstadt energieeffizient weiterentwickelt. Ideen und Konzepte werden in Zusammenarbeit mit der Universitätsleitung nach und nach umgesetzt und erprobt, so dass ein gelebtes Labor entsteht.

Beteiligte Wissenschaftler*innen:

Prof. Dr.-Ing. Jutta Hanson

Prof. Christoph Kuhn

Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan

Prof. Dr. Florian Steinke

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Das Projekt EnEff:Wärme – MeFlexWärme entwickelt und erprobt neue Konzepte und Methoden für die drei Forschungsbereiche „Netztransparenz“, „Flexibilitätsteuerung“ und „mathematische Optimierung“ jeweils im Bezug auf Wärmenetze.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Florian Steinke

Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan

Prof. Dr. Marc Pfetsch

Prof. Dr. Stefan Ulbrich

Prof. Dr.-Ing. Matthias Weigold

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Die effiziente Einbindung erneuerbarer Energieträger in die Versorgung von Gebäuden mit Wärme und Strom ist ein wichtiger Baustein des nationalen Energiekonzepts für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung.

Beteiligten Wissenschaftler*innen:

Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander Graubner

Prof. Dr. Kai Schulze

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Infrastruktursysteme (und deren Ausfälle) sollen in ihren räumlichen und zeitlichen Zusammenhängen verstanden und erklärt werden. Zugleich wollen die beteiligten Geistes-, Sozial- und Ingenieurwissenschaftler_innen Antworten darauf finden, wie der Schutz vor Funktionsausfällen und die Vorbereitung auf Funktionskrisen organisiert werden können.

Beteiligte Wissenschaftlerin:

Prof. Dr. Michèle Knodt

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Das Kopernikus-Projekt Ariadne ist das Nachfolgeprojekt von ENavi und erforscht, welche Politikinstrumente geeignet sind, um die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen. Vom besseren Verständnis der Wirkung einzelner politischer Maßnahmen und Politikpfade bis hin zum Überblick über das Gesamtsystem – gemeinsam mit Akteuren aus Politik, Energiewende und Gesellschaft untersucht das Projekt sinnvolle Strategien für die Energiewende und ihre Akzeptanz bei Bürgerinnen und Bürgern.

Beteiligte Wissenschaftler*innen:

Prof. Dr. Michèle Knodt

Prof. Dr. habil. Andreas Dreizler

Prof. Dr.-Ing. Bernd Epple

Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner

Prof. Dr. rer. nat. Liselotte Schebek

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Aufgrund des immer größer werdenden Anteils schwankend einspeisender Stromerzeuger ist ein effizienter Ausgleich zwischen Energieangebot und -bedarf erforderlich. Energieintensive Industrieprozesse, die an das zukünftige Energiesystem mit einem höheren Anteil fluktuierender Stromerzeugung optimal angepasst sind, müssen daher nach anderen Grundsätzen konzipiert werden als bisher üblich. Zudem bedarf es energieflexibler Querschnittstechnologien sowie eine Informations- und Kommunikationstechnik in produzierenden Unternehmen, die den Handel mit Energieflexibilitätspotenzialen der Verbraucher ermöglicht. SynErgie ist ein interdisziplinär zusammengesetztes Konsortium mit breiter Beteiligung der energieintensiven Industrie. Unter Federführung der TU Darmstadt arbeiteten in der ersten Förderphase mehr als 80 Kooperationspartner aus Wissenschaft, Industrie und Zivilgesellschaft gemeinsam daran, Industrieprozesse an das zukünftige Energiesystem anzupassen. Das Projekt befindet sich derzeit in der zweiten Förderphase. Die Projektleitung ging dafür planmäßig an die Universität Stuttgart über.

Im Rahmen der ersten Förderphase sind drei Filme entstanden, die die Schwerpunkte des Projekts aufzeigen und sich an die interessierte Öffentlichkeit richten:

Kopernikus-Projekte Synergie

Energieflexibilisierung der Industrie – daran forscht das Kopernikus-Projekt SynErgie

Energieflexibilisierung der Industrie

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In dieser Projektgruppe zur Förderung aktueller Innovationen werden probabilistische Strompreisprognosen u.a. für den Intradaymarkt untersucht und für eine Kurzfristeinsatzplanung einer flexiblen Fabrik verwendet.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele

Prof. Dr. Florian Steinke

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PlexPlain -- Erklärende KI für Komplexe Lineare Programme am Beispiel intelligenter Energiesysteme

Beteiligter Wissenschaftler:

Prof. Dr. Florian Steinke

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Dieser SFB mit signifikanter Beteiligung aus Darmstadt entwickelt neue Methoden für die Simulation und Optimierung von flexiblen Gasnetzwerken.

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Stefan Ulbrich

Prof. Dr. Marc Pfetsch

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Ziel des Projektes ist die innovative energetische Vollsanierung einer Siedlung, die durch ein integrales System für die Erzeugung, Speicherung und Vernetzung erneuerbarer Energien betrieben wird.

Beteiligte Wissenschaftler*innen:

Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider

Prof. Dr. Anette von Ahsen

Prof. Dr.-Ing. Stephan Rinderknecht

Prof. Dr. rer. nat. Liselotte Schebek

Prof. Dr. Dirk Schiereck

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Beteiligte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Profilbereichs

  Name Arbeitsgebiet(e)
Prof. Dr. Andreas DreizlerReaktive Strömungen und Messtechnik
Prof. Dr.-Ing. Bernd EppleEnergiesysteme und Energietechnik
Prof. Dr.-Ing. Carl-Alexander GraubnerMassivbau
Prof. Dr.-Ing. Jutta HansonElektrische Energieversorgung unter Einsatz erneuerbarer Energien
Prof. Dipl.-Ing. Anett-Maud JoppienEntwerfen und Gebäudetechnologie
Prof. Dr. Michèle KnodtVergleichende Analyse politischer Systeme und Integrationsforschung
Prof. Christoph Kuhn Entwerfen und Nachhaltiges Bauen
Prof. Dr.-Ing. Matthias OechsnerWerkstoffkunde, staatliche Materialprüfungsanstalt Darmstadt
Prof. Dr. Marc Pfetsch Arbeitsgruppe Optimierung
Stephan Rinderknecht
Prof. Dr.-Ing. Stephan RinderknechtMechatronische Systeme im Maschinenbau
Prof. Dr. Liselotte SchebekStoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft
Prof. Dr.-Ing. Peter StephanTechnische Thermodynamik
Prof. Dr. Schiereck DirkUnternehmensfinanzierung
Prof. Dr.-Ing. Jens SchneiderFachgebiet Statik
Prof. Dr. Florian Steinke Energy Information Networks & Systems
Prof. Dr. Stefan UlbrichNichtlineare Optimierung
Prof. Dr. Anette von AhsenRechnungswesen, Controlling und Wirtschaftsprüfung
Prof. Dr.-Ing. Matthias Weigold Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen