SEAp - Living Lab for Smart Energy Applications

Die neunköpfige Arbeitsgruppe Netze und Energiesysteme (AGNES) arbeitet seit 2018 innerhalb des Instituts für Technische Energie-Systeme (ITES) erfolgreich an Projekten zur Gestaltung der Energiewende: „Im Living Lab for Smart Energy Applications ist es uns gelungen, die Erkenntnisse aus mehreren EFRE* geförderten Forschungsprojekten sinnvoll zusammenzufügen. Das SEAp Lab ist ein im Era Netz gelistetes Smart Energy Lab, worauf wir sehr stolz sind“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Jens Haubrock, Lehrender im Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik (IuM).

„Angefangen hat alles mit dem Fit2Load Projekt Anfang 2018, dieses EFRE geförderte Projekt legte den Grundstein für das heutige SEAp Lab. Insgesamt sind im Zeitraum 2018 bis 2022 EFRE-Projekte mit einem Drittmittelvolumen der AG von 1,97 Mio € realisiert worden. Diese Forschungsprojekte und die hervorragende Unterstützung unserer Kooperationspartner Westaflex, Archimedes, den Stadtwerken Bielefeld und Gütersloh haben den Aufbau des SEAp Lab ermöglicht“, so Haubrock weiter. „Künftig können wir automatisierte Applikationen im Smart Grid entwickeln und auf Funktionalität an einem Hardware in the Loop Teststand erproben. Das ist wichtig, da ein realer Einsatz nur mit ausgereifter Technologie möglich ist“, weiß Projektpartner Stefan Junghänel von den Stadtwerken Bielefeld. Ansgar Ottensmann von den Stadtwerken Gütersloh ergänzt: „Schließlich stellt das elektrische Energiesystem eine kritische Infrastruktur dar, die ihre hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit auch unter den Bedingungen der Energiewende behalten soll.“ 

Die Netzintegration dezentraler und regenerativer Energieerzeuger und neuer, aktiver Lasten, wie Elektrofahrzeuge und Smart Home, stellen das elektrische Energiesystem vor neue Aufgaben. In der Arbeitsgruppe AGNES werden technische Lösungen zur Beobachtung, Steuerung und Netzführung erforscht. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf dem zellularen Ansatz, durch sich selbst organisierende hierarchische Netzzellen. Dabei werden intelligente Netz- und Messtechnik und KI-basierte Systeme zur Automatisierung entwickelt und erprobt.

Das SEAp-Labor am Fachbereich IuM der Fachhochschule Bielefeld, umfasst einen Hardware in the Loop (HiL) Teststand, der verschiedene Komponenten eines elektrischen Netzes im Kilowatt Bereich abbildet. Der Teststand besteht aus verschiedenen regenerativen Energieerzeugungsanlagen (PV und Wind), einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, einem Ladepark für Elektrofahrzeugflotten, einem stationären Batteriespeicher, elektrischen Lasten und einer konventionellen Netzeinspeisung. 

Zum Teststand gehört außerdem ein Real Time Netzsimulator, finanziert aus dem Forschungsprojekt KI-Grid. Damit können beliebige Netzknoten simuliert und mit dem HiL Teststand gekoppelt werden, um mathematische Modelle für intelligente Steuerungen in beliebigen Netzen zu entwickeln und zu validieren. KI* Experte Lars Quakernack, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachberich, freut sich besonders über den Realtime Simulator: „Mit diesem Hightech Gerät ist es mir in meiner Doktorarbeit möglich, dynamische Auswirkungen meiner KI zu erforschen, diese Möglichkeiten finden sich sonst nur in wenigen Arbeitsgruppen an Universitäten“ 

Im Folgeprojekt Power2Load wird aktuell eine „Mehrfachsteckdose“ für Ladesäulen am HiL Teststand getestet. Dabei kann das Ladeverhalten von Elektrofahrzeugen sowie die Einspeisung einer PV-Anlage realitätsnah dargestellt werden. Anders als in einem Softwaremodell werden hier echte Spannungen und Ströme erzeugt. „Ich freue mich, dass wir dadurch die Möglichkeit haben unsere Forschungsarbeiten in einem realitätsnahen Umfeld zu testen, bevor wir damit ins Feld gehen“, so Projektmitarbeiterin und Doktorandin Katrin Schulte. „Über die konkreten Forschungsanwendungen hinaus bietet uns das Lab die einzigartige Möglichkeit, Studierende durch Projekt- und Abschlussarbeiten aktiv in die Laborarbeit einzubinden. Dadurch ist das Labor sowohl für die Lehre als auch für die Forschung an unserer Hochschule ein echter Gewinn“, resümiert Professor Haubrock. Darüber hinaus sei er sehr erfreut über das neueste Forschungsprojekt der AG: „In diesem vom BMBF geförderten Forschungsvorhaben arbeiten wir erstmals international mit den Universitäten Bielefeld und Grenoble in Frankreich zusammen“. Dieses Projekt mit dem Titel Artifical Intelligenz 4 Distribution Grids (AI4DG) startet im Oktober 2021. (th)

Für Kooperationen mit weiteren Partnern aus Industrie und Forschung ist die AG offen. Anfragen oder Rückfragen sind willkommen: https://www.fh-bielefeld.de/personenverzeichnis/jens-haubrock

* aus dem europäischen Fond für regionale Entwicklung
* Künstliche Intelligenz