Die Nutzung dezentraler Energiesysteme führt zu einem grundlegenden Wandel des Energieversorgungssystems. Mit der Einspeisung von Solar- und Windenergie in das Verteilnetz wechselt immer häufiger die Energieflussrichtung. Die Planung und der Betrieb der Energienetze muss sich an diese neuen Bedingungen anpassen. Die Energierückflüsse führen zu Überlastungen von Leitungen und Transformatoren und die Spannung an den Netzanschlusspunkten können die zulässigen Grenzwerte überschreiten. Für den sicheren Betrieb sind deshalb in Zukunft in den Mittel- und Niederspannungsnetzen deutlich mehr Messwerte notwendig. Netzbetreiber benötigen direkten Zugriff auf die Millionen dezentraler Energiesysteme. Diese Weiterentwicklung des Stromnetzes wird als Smart Grid bezeichnet.
Die Hochschule Ulm wirkt seit 10 Jahren aktiv an der Entwicklung und Erprobung von Smart Grids mit. Im Smart Grids Labor steht eine Testumgebung für Software und Hardware in the Loop Analysen von Smart Grid Komponenten zur Verfügung. Das Zusammenspiel von Solarstrom, Batteriesystemen und flexiblen Lasten mit Smart Metern, Smart Meter Gateways (iMSys), Steuerboxen (Controllable Local Systems) und der Experimentellen Verteilnetz Leitwarte (SIEMENS SPECTRUM POWER 5) wird erforscht. Neben dem Stromnetz werden auch die Wechselwirkungen mit Wärme und Gasnetzen untersucht, und neue Geschäftsmodelle auf der Basis von Smart Grids entwickelt und erprobt.
Daneben befasst sich der Forschungsschwerpunkt mit Energiemeteorologie. Angesichts der stark zunehmenden Bedeutung von Wetter und Klima für die Energieversorgung durch erneuerbare Energiequellen wird eine möglichst vollständige Beschreibung der Wechselwirkungen des gesamten Energieversorgungssystems mit den meteorologischen Randbedingungen immer wichtiger. Hieraus entsteht ein erheblicher Bedarf an der Entwicklung neuer Mess- und Vorhersagemethoden zur Bereitstellung von spezifisch für Energiesysteme angepassten meteorologischen Informationen. Dazu bedarf es einer hochgradig disziplinübergreifenden Zusammenarbeit von Meteorologie, Physik, Ökologie, Ingenieurwissenschaften, Informatik und Ökonomie, um den vielfältigen Aspekten und Zusammenhängen des gesamten Energiesystems gerecht zu werden.
Ansprechpartner:
Institut für Energie- und Antriebstechnik
Prof. Gerd Heilscher Leitung Smart Grids Forschungsgruppe
Für weitere Informationen besuchen Sie bitte die
Webseite Forschungsgruppe Smart Grids
Aktuelle Projekte
Aufbau einer Mehrwertplattform für die digitale Energiewende (eMPowerSYS)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.07.2022 – 30.06.2025
Mittelgeber: Bund - BMWi
Programmname: 7. Energieforschungsprogramm: Digitalisierung Energiewende
Projektbeschreibung:
eMpowerSYS steht für die Fähigkeit des intelligenten Messsystems, Mehrwerte abzubilden und zielt auf die Sektorenkopplung auf der Kundenseite ab, d.h. die vor den Klimazielen notwendige Elektri-fizierung in den Sektoren Wärme und Mobilität. Das Projekt unterstützt den Aufbau einer sicheren digitalen Infrastruktur, um den netzseitigen Herausforderungen der weiteren Energie- und Verkehrs-wende zu begegnen und eine effiziente Ausnutzung der bestehenden Verteilnetze zu unterstützen.
Erforschung von Lösungen zur Transformation der beteiligten (IT-)Teilsysteme des Verteilnetzes zu einem intelligenten Stromnetz (Smart Grid)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.09.2022 – 31.08.2025
Projektbeschreibung:
Das Projekt dient der Erforschung von Lösungen zur Transformation der am (IT-)System des Verteilnetz beteiligten Teilsysteme hin zu einem intelligenten Stromnetz (Smart Grid). Im Rahmen der Arbeit werden die Ergebnisse verschiedener Forschungsprojekte der THU im Themenbereich Digitalisierung, Automatisierung und Standardisierung von (IT-)Systemen für den Betrieb des Verteilnetzes zusammengeführt und sollen eine innovative Basis für Netz und Netzbetrieb der Zukunft ergeben.
GetmyWallboxNow (Ulm4CleverCity)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.07.2022 – 30.06.2025
Mittelgeber: BMI
Projektbeschreibung:
Die (Schnell-)Ladung von E-Mobilen führt zu einer deutlichen Veränderung der Lastprofile der Haushalte. Für extreme Lastsituationen (z.B. Laden vieler Fahrzeuge am Feierabend) sind die Stromnetze nicht ausgelegt. Zudem haben Stromnetzbetreiber meist auch keine Information über die privaten Ladepunkte in ihrem Stromnetz. Die aktuell von den Netzbetreibern vorgesehene Lösung ist ein teurer Ausbau der Stromnetze. GetMyWallboxNOW will deshalb E-Mobilität mit flexibler Ladeleistung verbinden und so einen alternativen Weg entwickeln, über den viele gleichermaßen Zugang zum Ladestrom haben, dieser aber intelligent auf die Nutzer verteilt wird.
Smooth, REliable aNd Dispatchable Integration of PV in EU Grids (SERENDI PV)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.10.2020 – 30.09.2024
Mittelgeber: EU – Horizon 2020/FP8
Programmname: EU Horizon 2020
Projektbeschreibung:
SERENDI-PV zielt auf Innovationen in Richtung der Erhöhung der Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Leistung und Rentabilität der PV-Erzeugung ab sowie auf eine nutzerfreundliche und umfassende Einbindung von Photovoltaik in die Netze. Hierbei liegt der Fokus auf der Verbesserung der Netzstabilität und der intelligenten Kommunikation innerhalb des Netzes. Hierbei wird sowohl ein Monitoring für die Daten im Netz aufgebaut, eine Qualitätskontrolle entwickelt und Methoden für die Beurteilung der Zuverlässigkeit von Komponenten und Teilsysteme entworfen.
Die Innovationen werden insbesondere im Hinblick auf die neuen Photovoltaik Anwendungen wie bifaciale PV, schwimmende PV und BIPV entwickelt. Ziel ist die Schaffung einer kollaborativen Plattform für Modellierung, Datenanalytik, Qualitätskontrolle, Datenbanken und Netzintegration. Die Lösungen werden auf Basis der Daten von fast 500.000 PV-Anlagen entwickelt und evaluiert, die innerhalb des Konsortiums überwacht werden und die ein breites Spektrum an Systemgrößen und -typen repräsentieren.
Digital Solutions for Interoperability of Flexibility Platforms (DigITPlat)
Projektleiter: Prof. Dr. oec. Dietmar Graeber
Projektlaufzeit: 01.05.2022 – 30.04.2025
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: ERA-Net Joint Call 2020 (“MICall20”)
Projektbeschreibung:
Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung neuer digitaler Lösungen, die auf die Interoperabilität von Flexibilitätsplattformen abzielen und auf verschiedenen IKT-, Wirtschafts- oder Verfahrensmaßnahmen basieren. Um diese Lösungen abzuleiten, wird ein einzigartiger Anwendungsfall der grenzüberschreitenden und plattformübergreifenden Koordinierung von Flexibilität für Redispatch, Ausgleichsenergie und untertägige Märkte analysiert und getestet. Die digitalen Lösungen werden in einem Feldversuch zur technischen Evaluierung eingesetzt. Mögliche Wohlfahrtsgewinne durch Plattform-Interoperabilität und Standardisierung werden mit Hilfe von Markt- und Netzsimulationen gemessen.
High Penetration PV in the 100% RES Power System (PVin100-RESPS)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 1.7.2019 - 30.11.2022
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: Photovoltaic Power System Technology Collaboration Programme
Projektbeschreibung:
Das "Photovoltaic Power Systems Technology Collaboration Programme (PVPS)" ist eine Plattform innerhalb der Internationalen Energieagentur (IEA) zur Verbesserung der internationalen Forschungs- und Entwicklungszusammenarbeit auf dem Gebiet der Nutzbarmachung photovoltaischer Energie und deren Integration in elektrische Netze. Im Rahmen des PVPS arbeiten derzeit sieben internationale Projekgruppen (sog. Tasks) mit unterschiedlichen Schwerpunktthemen.
Der Task 14 "Solar PV in the 100% RES Power System" beschäftigt sich dabei mit Fragestellungen zur Integration großer Anteile Photovoltaik in die elektrische Energieversorgung. Der Task 14 wurde 2010 gegründet und umfasst derzeit 17 Teilnehmerländer, vertreten durch nationale Experten. Ziel des Task 14 ist es, auf dem Themengebiet der Netzintegration von Photovoltaik den internationalen Austausch von Forschung und Industrie voranzutreiben, bewährte Methoden zur Netzintegration von Photovoltaik zu identifizieren und somit die jeweilige nationale Forschung und Entwicklung effizienter auf wesentliche Fragestellungen auszurichten.
SOLREV - Solare Ressourcen und Vorhersagen für die Netz- und Marktintegration von Solarenergie
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Projektlaufzeit: 01.05.2019 - 30.04.2023
Mittelgeber: Bund - BMWi
Programmname: 7. Energieforschungsprogramm: Innovationen für die Energiewende
Projektbeschreibung:
Ein nachhaltiges Energieversorgungssystem mit hohen Anteilen an Solarenergie ist stark durch die wetterabhängige Variabilität der Erzeugung auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen geprägt. Mit dem stetig steigenden Anteil von Solarenergie an der nationalen wie auch globalen Energieversorgung rückt deshalb neben den notwendigen technologischen Verbesserungen das Thema Systemintegration und deren Optimierung immer mehr in den Vordergrund. Letztendlich ist das Gelingen der Energiewende auch wesentlich von der erfolgreichen Integration der fluktuierenden solaren Erzeugung in die Stromnetze und die entsprechenden Energiemärkte abhängig. Die zuverlässige Charakterisierung und Prognose der fluktuierenden solaren Ressourcen stellt dafür eine notwendige Grundlage dar.
Solarstromprognosen bilden die Basis für den optimierten Einsatz von Energiemanagementoptionen wie Regelenergiebereitstellung und Speicherung sowie für optimierte Stromhandelsprozesse. Sie sind damit für eine ökonomisch und ökologisch effektive Systemintegration von PV-Strom unerlässlich. Weiterhin sind zuverlässige, langjährige Solarstrahlungsdaten nötig, um für große Solarkraftwerke mit hohen Investitionskosten das unternehmerische Risiko zu reduzieren und die Investitionsbereitschaft zu stärken. Vor dem Hintergrund der dadurch bedingten schnellen Entwicklung der Forschungslandschaft in den Themengebieten „Solare Ressourcen und Prognosen" besteht ein hoher Bedarf an transparenten Bewertungen dieser neuen Entwicklungen. Es werden Leitlinien und Standards als Grundlage für eine zielgerichtete Modellentwicklung einerseits und die effektive Nutzung geeigneter Datensätze andererseits benötigt.
Dieser Bedarf wird im SOLREV-Projekt adressiert. Gesamtziel des Vorhabens ist die Bewertung, Untersuchung und Optimierung von Modellen und Datensätzen zur Vorhersage und Charakterisierung der solaren Erzeugung für verschiedene Anwendungen. Auf Basis der wissenschaftlichen Analysen werden Leitlinien und Empfehlungen („Best practices") sowie neue Standards erarbeitet. Das Thema „Solare Ressourcen und Vorhersagen" wird auch in dem IEA PVPS Task 16 „Solar resource for high penetration and large scale applications" mit ca. 50 Partnern aus 17 Ländern adressiert. Durch das hier beantragte Projekt soll die deutsche Teilnahme an dem IEA PVPS Task 16 mit der Leitung von zwei Subtasks ermöglicht werden.
Abgeschlossene Projekte
Regelleistung aus kleinen Photovoltaikanlagen – „Innovative Projekte / Kooperationsprojekte“-Programm
Projektleiter: Prof. Dr. oec. Dietmar Graeber
Projektlaufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2022
Mittelgeber: Land – MWK
Programmname: MWK / HAW – Innovative Projekte / Kooperationsprojekte
Projektbeschreibung:
Durch die Energiewende werden auch dezentrale regenerative Stromerzeugungsanlagen bei der Erbringung von Regelleistung immer bedeutender.
Während Biomasseanlagen fest auf dem Regelenergiemarkt etabliert sind und für Windkraftanlagen bereits erste erfolgreiche Einsätze absolviert wurden, spielen Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) dort keine signifikante Rolle. Verantwortlich hierfür sind sowohl fehlende kostengünstige technische Lösungen zur Steuerung der meist sehr kleinen Anlagen als auch regulatorische Hürden. Beides zusammen bedingt, dass heute mehr als 99% der PV-Anlagen de facto vom Regelenergiemarkt ausgeschlossen sind. Da bereits bald zu erwarten ist, dass PV-Anlagen zu bestimmten Zeiten die Stromnachfrage vollständig abdecken, ist eine Teilnahme dieser am Regelenergiemarkt jedoch essenziell wichtig, um das Stromnetz auch zukünftig stabil betreiben zu können.
Ziel dieses Verbundprojekts der Technischen Hochschule Ulm, der TransnetBW GmbH und der Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm Netze GmbH ist es, eine Lösung zu entwickeln, die es einem Großteil aller PV-Anlagen ermöglicht, am Regelenergiemarkt teilzunehmen. Auf technischer Seite wird die geplante Lösung auf der zukünftig ohnehin für viele PV-Anlagen verpflichtenden Smart-Meter-Infrastruktur aufsetzen. Grundlage ist dabei eine durch umfangreiche Vorarbeiten in anderen Forschungsprojekten entwickelte CLS/-Steuerbox, die um eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer Vielzahl gängiger PV-Anlagen-Typen erweitert wird und damit die technische Basis für die Umsetzung der Funktionen für die Erbringung der drei unterschiedlichen Regelleistungsarten bereitstellt. Regulatorische Hürden für kleine PV-Anlagen werden durch die Entwicklung eines
Verfahrens beseitigt das es ermöglicht, am Regelenergiemarkt ohne verpflichtende Direktvermarktung teilzunehmen. Nach einem umfangreichen Labortest soll abschließend eine Demonstration des Einsatzes mehrerer kleiner PV-Anlagen zur Erbringung von Regelleistung unter Realbedingungen erfolgen.
Standardisierte Reinigungstests für vergütete Oberflächen solarer Energiesysteme (ROSE)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Projektlaufzeit: 1.4.2019 - 31.3.2021
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: WIPANO
Projektbeschreibung:
Aufgrund von Anlagerung von Stäuben und anderen Verunreinigungen auf den Oberflächen von Photvoltaikmodulen oder Solarthermie-Spiegeln kann es zu signifikanten Ertragsverlusten kommen. Entsprechend erfolgt üblicherweise eine Reinigung der Glasoberflächen, in besonders stark betroffenenen Gebieten sogar auf täglicher Basis. Durch die regelmäßige Reinigung ergeben sich hohe mechanische Belastungen der Glasoberflächen, welche heutzutage in der Regel mit Antireflexionsbeschichtungen versehen sind. Die Schädigung dieser Schichten durch Reinigung führt zu signifikaten, irreversiblen Ertragseinbußen, welche für Anlagenbetreiber, Investoren und Anlagen-Herstellern starke finanzielle Risiken bedeuten.
Ziel des Projekts ist es, einen Standard zu entwickeln, mit dem sich zum einen Oberflächen von solaren Energiesystemen hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegenüber realen Reinigungsbelastungen in Europa und Wüstenregionen prüfen lassen. Darüber hinaus soll mit dem Verfahren auch das Schädigungspotential von Anwender-spezifischen Reinigungsparametern und Materialien evaluiert werden können. Ein solches Prüfverfahren und entsprechend ausgelegtes Prüfgerät existiert derzeit noch nicht.
Zur Untersetzung des Standards werden existierende Reinigungs-Beständigkeitstests anderer Anwendungsbeispiele und Freifeld-Reinigungsversuche in Europa und Wüstenregionen an markttypischen Glasbeschichtungen durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse der Labor- und Freifeldtests erfolgen die Definition der Anforderungen für realistische Reinigungstests und die Ableitung eines praktikablen Prüfablaufs sowie der Aufbau eines geeigneten Prüfgerätes. Diese werden im Rahmen des Projektes optimiert und anhand des Abgleichs von Degradationsraten und mikroskopischen Schadensbildern mit den Freifeldversuchen verifiziert. Im Rahmen des Projektes wird eine DIN SPEC in englischer Sprache erstellt und als Grundlage für die Erstellung einer internationalen ISO/IEC Norm herangezogen.
C/sells – SINTEG-Förderprogramm „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende"
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.01.2017 – 30.06.2021
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: BMWi – SINTEG – Schaufenster Energiewende
Projektbeschreibung:
C/sells basiert auf der Idee, vielfältige Infrastrukturzellen intelligent zu einem Organismus zu verbinden, in dem wirtschaftliche Chancen mit physikalischen Notwendigkeiten und dem Willen zu nachhaltigem Wirtschaft grenzübergreifend einander angeglichen werden. In einem „Sonnenbogen", der sich von Bayern, Hessen bis nach Baden-Württemberg erstreckt, sollen massentaugliche Musterlösungen von vornehmlich solarer Energieerzeugung zu einer robusten, gemeinschaftlichen Energieinfrastruktur führen. Im Rahmen der Digitalen Agenda werden praxistaugliche Lösungen für die Energiewende in Süddeutschland erarbeitet, demonstriert, vernetzt und in Einklang gebracht, um in der nahen Zukunft eine tragfähige Energieversorgung vermarkten zu können.
C/sells wird als dezentrales Großprojekt im Kreis eines Konsortiums aus 58 Partnern durchgeführt und entwickelt bzw. analysiert neben technischen Komponenten der intelligenten Energienetze auch die organisatorischen, rechtlichen wie auch wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Die konkrete Umsetzung wird in 35 Demonstrationszellen und die gesellschaftliche Involvierung in neun sogenannten Partizipationszellen erprobt.
INPUT2 – E-FLex-Campus THU
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Christoph Kondzialka
Projektlaufzeit: 15.11.2020 – 31.12.2021
Mittelgeber: Land – Umweltministerium Baden-Württemberg
Programmname: BW INPUT2
Projektbeschreibung:
Der Energiecampus der THU wird für Forschungszwecke eingesetzt und weiter ausgebaut. In diesem Projekt geht es um die Einbindung von Solar-Ladestationen ins Gesamtsystem. Forschungsbedarf besteht vor allem in den Bereichen Digitalisierung im Verteilnetz, Gebäude-Energiemanagement, Gewährleistung der Netzdienlichkeit von Quartieren und die Anpassung der Regulierung an ein dezentral organisiertes regeneratives Energiesystem. Deshalb werden im Rahmen des Projekts zur Sicherung einer zuverlässigen und abgesicherten Kommunikation innerhalb der Energieanlagen im Gebäude und seiner Umgebung Digital Twins entwickelt, auf deren Basis innovative Regelungs-algorithmen entwickelt werden sollen.
Das Smart Gebäude Energiemanagement wird für die Einbeziehung aller Lastarten aufgebaut und die Betriebsführung soll durch lokale Prognosen optimiert werden. Beabsichtigt ist auch eine intelli-gente, KI-basierte Einbeziehung des Nutzerverhaltens zur Anlageregelung. Weiterhin soll die Kommunikationsinfrastruktur der Mess- und Steuerungstechnik um eine innovative Smart-Meter-Infrastruktur ergänzt werden und dadurch neue Betriebsmöglichkeiten erschlossen werden.
Energiewirtschaftlich wird der Forschungsfragestellung, wie Speicherflexibilität durch eine Kombi-nation durch Multi-Use von Speichern effizient genutzt werden kann, nachgegangen. Dabei steht auch die Weiterentwicklung des entsprechenden regulatorischen Rahmens, wie z.B. Regel-ungen für die Privilegierung von Speicherstrom und Anforderungen an Messkonzepte im Fokus
SecureEnergyProsumer
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Falko Ebe
Projektlaufzeit: 01.11.2018 – 30.06.2021
Mittelgeber: Land – Umweltministerium Baden-Württemberg
Programmname: Smart Grids und Speicher – Umweltminsterium BW
Projektbeschreibung:
Gemeinsam mit der Universität Tübingen und dem Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle Ulm werden Lösungen für die sichere und dezentrale Kommunikation in einer neuen Energiewelt gesucht. Durch die Digitalisierung der Energiewende können für Endkunden mit & ohne Photovoltaikanlagen kleinteilige und individuelle Produkte geschaffen werden. Um den dadurch notwendigen höheren Anforderungen an Verfügbarkeit und Integrität Rechnung zu tragen, werden die Möglichkeiten der Blockchain-Technologie für diese neuen Anwendungsfälle untersucht. Die entwickelte Lösung wird anschließend in einem gemeinsamen Laboraufbau an den drei Standorten der Projektpartner demonstriert.
Das Projekt wird eine sichere Informations- und Kommunikationsstruktur für ein dezentrales Energiesystem auf Basis von Prosumern abbilden, welche vielfältige Energiesysteme, wie PV-Anlagen, steuerbare Lasten, Batteriespeicher und E-Ladeinfrastruktur nutzen und betreiben. Die Smart Grid-Infrastruktur mit Smart Meter Gateways und Controllable Local System (CLS-Steuerboxen) liefert die Grundlage für dieses intelligente und verteilte Energiesystem. Die direkten Informationsflüsse zwischen den Komponenten werden durch Blockchain-/Tangle-Technologie realisert, welche durch kryptografische Verschlüsselungen die Integrität der Datenpakete zwischen den einzelnen Komponenten gewährleistet. Die Integration von Internet of Things-Technologien wie Tangles soll zu einem erhöhten Vertrauen der Prosumer in neue Technologien und Bezahlsysteme führen und bietet die Möglichkeit den preisgegebenen Informationsgehalt der Datenpakete flexibel zu gestalten.
MOST - Developing Advanced Mater´s Education Based on Smart Grid Technology - EU-Erasmus+-Programm
Projektleiter: Università di Cagliari, Prof. Fabrizio Pilo
Projektlaufzeit: 1.9.2018 - 31.8.2021
Projektbeschreibung:
Das MOST-Projekt zielt darauf ab, ein innovatives und zielgerichtetes Masterprogramm für Smart Grid-Technologien zu entwickeln, um die Smart Grid-Fachkräfte der Zukunft auszubilden. Das Masterstudium wird an einer Reihe führender Universitäten in ganz Europa angeboten.
Dank der Entwicklung intelligenter Netze, erneuerbarer Energien und niedrigerer Kosten für die Installation erneuerbarer Energiekapazitäten sind die Bedingungen heute besonders geeignet und erschwinglich für eine Umstellung der Industrie auf dezentrale Energieerzeugung. Intelligente Netze ermöglichen eine neue Ära nachhaltiger Energie. Um jedoch das volle Potenzial dieser neuen und sich ständig weiterentwickelnden Technologie auszuschöpfen, müssen gut ausgebildete Experten geschult werden.
Dem derzeitigen Bildungssystem in Europa mangelt es an Beschäftigungsfähigkeit von Doktoranden, die eine wichtige Rolle beim Einsatz der Smart-Grid-Infrastruktur für saubere Energie spielen. Die Ausrichtung der Wissenschaft auf den Arbeitsmarkt ist erforderlich, um den Studenten sowohl theoretische als auch praktische, anwendungsorientierte Fähigkeiten zu vermitteln, die direkt im Arbeitsumfeld anwendbar sind. Unser Projekt übernimmt diese Verantwortung, indem es ein Masterprogramm für Smart Grid-Technologien entwirft, das nicht nur die Grundlagen des Smart Grid-Betriebs, sondern auch alle Aspekte der Smart Grid-Integration abdeckt. Diese reichen von Energiemarkt und -politik und Smart-Grid-Modellen bis hin zu modernen Technologien im Energiesektor. Als Ergebnis des Projekts wird der Master-Abschluss an drei europäischen Universitäten angeboten - der Universität Cagliari auf Sardinien, der Universität Zypern und der Fachhochschule Westmazedonien in Griechenland.
https://smartgridsmaster.eu/
INPUT – gesteuerte Lade-Zellen für E-Mobilität
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Christoph Kondzialka
Projektlaufzeit: 01.07.2019 – 30.06.2021
Mittelgeber: Land – Umweltministerium Baden-Württemberg
Programmname: BWPlus / INPUT
Projektbeschreibung:
Ziel des Verbundvorhabens „gesteuerte Lade-Zellen“ ist, eine Blaupause für die intelligente Netzanbindung von Parkhäusern, (Firmen-)Parkplätzen und Tiefgaragen (PPT) zu schaffen. Damit werden die Grundlagen für eine kosteneffiziente Netzintegration der E-Ladeinfrastruktur in Verteilnetze erarbeitet und demonstriert. Das Projekt „gesteuerte Lade-Zelle“ fügt folgende Bausteine in einem Gesamtsystem zusammen: Optimalen Nutzung der bestehenden Netzanschlüsse durch Lastmanagement in PPT, Netzzustandserfassung zur Überwachung der Auslastung der Ortsnetze (Lade-Zellen), Dynamisches Lastmanagement im PPT auf Basis des Netzzustands in der Lade-Zelle, Absicherung der Kommunikation über Smart Meter Infrastruktur, Anpassung des Parkleitmanagements für die Nutzerführung. Im Parkhaus Congress Centrum Nord in Ulm werden die beiden Projektpartner Ulm Parkbetriebs GmbH (PBG) und Hochschule Ulm (HSU) gemeinsam mit den Stadtwerken Ulm und den Firmen Citysens, Schleupen und Venios eine skalierbares gesteuertes Lademanagement für E-Mobile mit Lastmanagement für Dauer- und Kurzzeitparker entwickeln und umsetzen. Wesentliche Innovationen des Projekts sind die Demonstration der sicheren Steuerung über die Smart Meter Infrastruktur (iMSys mit CLS) in Kooperation mit dem Verteilnetzbetreiber. Die gesteuerte Lade-Zelle nutzt dabei dynamisch die maximale Ladeleistung in Bezug auf den Netzanschluss und den Netzzustand aus. Die Hochschule Ulm erarbeitet mit den Partnern den Systementwurf für gesteuertes Laden, die Bewertung von Funktion und Qualität der Netzzustandserfassung und die Integration in die Smart Meter Infrastruktur. Die Ergebnisse des Projekts „gesteuerte Lade-Zellen“ werden in der neuen Tiefgarage am Hauptbahnhof Ulm und weiteren Parkhäusern der PBG in Ulm genutzt.
Quartierspeicher
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Basem Idlbi
Projektlaufzeit: 1.6.2017 – 31.5.2019
Projektbeschreibung:
Im
Hinblick auf die zunehmend in den Fokus rückende Möglichkeit,
Solarstrom für den eigenen Bedarf einzuspeichern, soll in diesem Projekt
Batteriespeichern „auf den Zahn gefühlt" werden. Ulmer Bürger sollen
verantwortlich mitentscheiden können, welche Rahmenbedingungen notwendig
wären, damit ein Quartierspeicher attraktiv und sinnvoll wird. In enger
Zusammenarbeit mit der Stadt Ulm sowie den Ulmer Stadtwerken wollen wir
unsere bisherigen Erfahrungen mit weitergehenden Modellen wie
Cloud-Speichern und Blockchain-Technologie analysieren und auf den
Prüfstand stellen, um ein Gesamtkonzept für den Einsatz in einem
Neubaugebiet vorzubereiten.
Smart beats Coppe, EU ERIGRID
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Basem Idlbi
Projektlaufzeit: 01.10.2017 - 30.09.2018
Projektbeschreibung:
Eine Konfiguration zur Netz-Simulation, die die Konzepte von Hardware und Software in the Loop (HIL-SIL) komibiert, wurde f¨ur Laborapplikationen entwickelt und validiert.
CLS-Applikationen - Digitalisierung Energiewende Made in BW
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Heiko Lorenz
Projektlaufzeit: 01.09.2016 - 30.06.2018
Projektbeschreibung:
Entwicklung, Erprobung und Feldtest von 11 Applikationen f¨ur Steuerboxen als Bestandteil des sicheren Energie-Informations-Netzes. Integration der Steuerboxen in die BSI zertifizierte Smart Meter Infrastruktur.
Environment for Simulation, Operation and Optimization of Smart Energy Grids (ESOSEG)
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Christoph Kondzialka
Projektlaufzeit: 01.10.2015 - 30.09.2018
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: BMWi – Intelligente Netze
Projektbeschreibung:
Die drei ESOSEG Projektpartner und die beiden am Vorhaben beteiligten Netzbetreiber haben sich zum Ziel gesetzt, ein flexibles und modular erweiterbares Analyseframework zu entwickeln, um bestehende Netzstrukturen zu analysieren, mögliche Schwachstellen zu identifizieren und Ausbaumöglichkeiten auf ihre Wirtschaftlichkeit zu überprüfen.
Das Framework unterstützt Netzbetreiber bei der Implementierung intelligenter Netze und Netzwerkmanagementsysteme (NMS) für Verteilnetze. Bereits in der Planungsphase kann die Bewertung der Wirtschaftlichkeit zukünftiger Maßnahmen durch den Einsatz von verschiedenen Analysen erfolgen.
Das Framework benutzt für diese Analysen vorhandene Schnittstellen und Daten der Netzbetreiber und existierende Systeme zur Netzplanung, Netzsimulation oder Erzeugungsmanagement.
Dies ermöglicht eine einfache Integration des Frameworks in bereits bestehende IT Umgebungen. Ein zentrales Projektziel ist, von konkreten technischen Schnittstellen, Datenmodellen und Systemabläufen zu abstrahieren, um herstellerunabhängig eine Vielzahl von Systemen zu adressieren. Die Vielfalt an Schnittstellen, Datentypen und Systemen als auch der Netzstrukturen machen dazu eine strukturierte Analyse der Domäne des Verteilnetzes und eingesetzter Systeme nötig. Hierzu werden zwei Arten von Verteilnetzen als exemplarische Referenznetze in das Projekt eingebunden und untersucht.
Smart Solar Grid
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.12.2012 - 31.12.2014
Projektbeschreibung:
Das Ziel des Projekts Smart Solar Grid ist die Entwicklung und Erprobung einer Kommunikationseinheit für den Netzanschluss von dezentralen regenerativen Energiesystemen zur Verknüpfung der Funktionen - Abrechnung – Anlagen-Betriebsführung – Netzbetriebsführung.
Die Entwicklung erfolgt zweistufig. In der ersten Stufe werden im AP1 die Funktionen Abrechnung mit intelligenten Zählern und Betriebsführung Photovoltaik in einem intelligenten Zähler vereint, sowie im AP2 ein Photovoltaik-Datenlogger mit standardisierten Kommunikationsprotokollen aus der Netzleittechnik ausgerüstet um eine durchlässige und effiziente Kommunikation zwischen Einspeiser und Netzleitwarte zu ermöglichen.
Aufbauend auf den Ergebnissen aus der ersten Stufe und einer detaillierten Marktanalyse der drei Bereich - Intelligente Zähler, Photovoltaik-Monitoring und Netzbetriebsführung (AP3) - wird in der zweiten Stufe die Entwicklung der Rolle eines Kommunikationsdienstleisters betrachtet um daraus die Anforderungen für eine standardisierte Kommunikationseinheit abzuleiten (AP4). Mit diesem Anforderungsprofil des zukünftigen Marktumfelds sind der Aufbau und die Demonstration der Funktion eines Prototyps der standardisierten Kommunikationseinheit in einem Testumfeld für Kommunikationsdienstleister geplant.
Optimising Hybrid Energy grids for smart cities, ORPHEUS
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Dr. Holger Ruf
Projektlaufzeit: 01.09.2013 - 31.12.2016
Projektbeschreibung:
The global demand for energy will challenge energy supply directly impacting the productivity for future growth and prosperity of cities. Stability and efficiency across multi domain energy grids are crucial. Coupling technologies like Combined Heat and Power (CHP) allow theses multi-utility grids to be considered and operated as Hybrid Energy Network increasing even more efficiency levels and reducing overall CO2 footprint. Although multi-dimensional synergies are increasingly apparent, they neither have been comprehensively investigated so far.
In this project, a Hybrid Energy network control system for Smart Cities will be elaborated implementing novel Cooperative Control Strategies for the optimal interactions between multiple in Coexistence operated energy grids. This will improve the existing hybrid network. Exploiting higher levels of ICT in all energy systems, methods for enabling simultaneous optimization for individual response requirements, energy efficiencies and energy savings as well as coupled operational, economic and social impacts will be developed by Enhanced realization of today’s market by enhancing grid systems with physical coupling options and enhanced control strategies exploited by increasing level of “smart” infrastructure (metering, sensors, ICT infrastructure) for operation control including grid coupling devices, and adaptation of the monitoring systems advances available in the ICT Machine-to-Machine field, and incorporation sophisticated meteorological data for different time resolutions needs; Concept realizations in future markets through definition of cooperative algorithms for cross-grid control decisions capable of load balancing by optimizing multiple utilities demand, supply and storage preferences to integrate “prosumers” and utilizing respective control strategies in decision support system design for an energy control platform based on different new business models.
The demonstration targets will be two cities, Ulm in Germany and Skellefteå in Sweden. The outcomes of the project, namely the Cooperative control Strategies for the Cooperative Coexistence of Hybrid Energy Networks will be integrated in the existing ICT infrastructure of the demo sites at the city of Ulm and the city of Skellefteå. The results of the evaluation will be concluded and highlight the lessons learnt throughout the different processes. All activities planned for the dissemination will facilitate the take-up of the results, in particular targeting ICT Providers, municipal authorities, representatives from distributor and energy system operators and stakeholders of the smart cities and communities to ensure the replication of the Cooperative Control strategy for the Cooperative Coexistence of Hybrid Energy Networks.
NETCHECK-PV
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Dr. Holger Ruf
Projektlaufzeit: 01.07.2015 - 30.09.2016
Projektbeschreibung:
Das Plusenergie Projekthaus Ulm für nachhaltige Energienutzung kombiniert heute verfügbare Technologien, u.a. wie Photovoltaik, Batteriespeicher, Pellet- und Wärmepumpenheizung sowie eine Lüftung mit Wärme- und Feuchterückgewinnung. Das Ziel ist den Eigenverbauch nachhaltig zu erhöhen und damit die Energiekosten zu senken, und gleichzeitig auch den Einfluss auf das Stromnetz und damit auch den Ausbaubedarf zu reduzieren.
NATHAN PV
Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Falko Ebe
Projektlaufzeit: 01.12.2013 - 30.11.2017
Projektbeschreibung:
Das
Projekt NATHAN-PV dient der Entwicklung eines Planungsverfahrens für
den Netzausbau von Verteilnetzen mit großen Anteilen dezentraler
PV-Anlagen. Dazu werden Analysedaten einer Dachpotentialanalyse und die
Einstrahlungsinformationen aus dem Forschungsprojektes ENDORSE des 7.
Europäischen Forschungsrahmenprogramms als Grundlage genutzt. Mit Hilfe
dieser Daten lassen sich die Abschattungen durch benachbarte Gebäude,
Bäume oder auch Dachaufbauten auf den Gebäuden im untersuchten Gebiet
berechnen. Diese Abschattungswerte sind zusammen mit den Kenndaten der
installierten PV-Anlagen, die von den lokalen Stadtwerken Ulm/Neu-Ulm
(SWU) zur Verfügung gestellt werden, und den lokalen Wetterdaten, welche
von der hochschuleigenen Wetterstation und vom Deutschen Wetterdienst
stammen, Eingangsgrößen für die Berechnung der abgegebenen elektrischen
Leistung. Mit Hilfe der Netzstruktur und aufgezeichneter Wetterdaten
bzw. Wetterstatistikdaten lassen sich in der Netzsimulation die
Parameter Spannung und Lastfluss, sowie die Auswirkung des
Einspeisemanagements ermitteln. Die Projektergebnisse unterstützen eine
vorausschauende Netzplanung und einen effizienten Betrieb von
Verteilnetzen mit hohem Anteil an Solarstromanlagen.
Versorgungssicherheit und Netzstabilität durch intelligente Regelung dezentraler Anlagen in Ulm, VuNdieRd
Projektleiter: Prof.Dr. Georg Kleiser, David Stakic
Projektlaufzeit: 07.02.2015 - 31.03.2016
Projektbeschreibung:
Im
Projekt soll erforscht werden, welche Stromerzeugungsanlagen im
Stadtgebiet Ulm vorhanden sind und welche technischen Potenziale
vorliegen, diese Stromerzeugungsanlagen zentral zu schalten und als
virtuelles Kraftwerk zu betreiben.
Veröffentlichungen
2022
2021
2020
2019
Alle Veröffentlichungen der Smart Grids Forschungsgruppe finden Sie auf researchgate
