Forschungsbereich: Energie
Helmholtz-Programm (PoF IV): Energiesystemdesign (ESD)
Topic 2: Digitalisierung und Systemtechnologie
Subtopic 2.2: Auslegung, Betrieb und Digitalisierung der zukünftigen Energienetze

Die Forschungsgruppe „Energiesystemanalyse (ESA)“ verfolgt einen interdisziplinären Ansatz, um die immer wichtiger werdenden Wechselwirkungen zwischen Energiesystemen (Strom, Gas, Wärme) auf verschiedenen Ebenen zu untersuchen, die für dezentralisierte und sich wandelnde globale Energiesysteme notwendig sind.

Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe ESA umfassen u. a. folgende Themen:

• Zusammenführung und ganzheitliche Betrachtung von bisher getrennt untersuchten Energiesystemen in Bezug auf Modellierung, Simulation und Analyse.
• Erhöhung der Interoperabilität heterogener Softwarelösungen, um die Erstellung von energiesystemübergreifenden Simulationen und die Analyse der teilsystemübergreifenden Wechselwirkungen zu ermöglichen.
• Durchführung einer Vielzahl von Simulationsszenarien mit statischen und dynamischen Simulationen bis hin zu hochauflösenden Echtzeitsimulationen.

Hierfür entwickeln wir das Software-Framework eASiMOV (energy System Analysis, Simulation, Modeling, Optimization and Visualization), das sich unter anderem auf die Co-Simulation von multimodalen Energiesystemen im großen Maßstab unter Verwendung von verteilten und parallelen Rechenansätzen konzentriert. Die Entwicklung von Software-Tools und Modellen für die Sektorkopplung von großen Strom-, Gas- und Wärmenetzen mit Unterstützung von kommerzieller und Open-Source-Software steht im Mittelpunkt. Zu den aktuellen Forschungsthemen gehören u. a. die automatische Generierung von Modellen für die Sektorkopplung auf der Grundlage von Open Data, die Analyse des Echtzeitverhaltens von Stromnetzen mithilfe spezieller Echtzeitsimulatoren, Optimierungsmethoden für die Sektorkopplung, Datenanalyse und Visualisierung.

Im Rahmen der kollaborativen Modellierung und Analyse von Energiesystemen nutzen wir parallele (Computing-Cluster, GPU) und verteilte Rechenansätze und bieten Zugang zu den Diensten über die ESA-SCP (Scientific Computing Platform), die webbasierte Lösungen für Modellierung, Simulation, Datenanalyse und Visualisierung zur Verfügung stellt. Maschinelles Lernen, Bild- und Datenanalyse sowie Optimierungsmethoden ergänzen unser Portfolio bei der Modellerstellung, -reduktion und -konvertierung, aber auch bei der Co-Simulation zur Untersuchung von gekoppelten Energiesystemen.

Unsere modulare Infrastruktur ermöglicht es uns und unseren Partnern, die Wechselwirkungen zwischen Netzebenen und Teilbereichen von Energiesystemen wirtschaftlich, effizient und effektiv zu analysieren. ESA arbeitet mit verschiedenen Instituten des KIT, nationalen und internationalen Forschungs- und Industriepartnern zusammen, um Forschungsziele zu erreichen.