Im künftigen Energiesystem soll der überwiegende Anteil der Stromerzeugung aus Photovoltaik- und Windanlagen kommen. Bereits heute ist absehbar, dass eine Dezentralisierung des Energiesystems eine hochgradige Automatisierung benötigt, um komplexe Prozesse in Echtzeit aufeinander abzustimmen. Die Forschungsinitiative IC4CES verfolgt daher die Vision, dem Energiesystem ein eigenes Bewusstsein für den Zustand seiner Anlagen zu geben, damit diese sich künftig autonom regeln können. 

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt diese Idee der Wissenschaftler aus der Region Nordhessen-Südniedersachsen und hat den Vorschlag in die engere Auswahl für eine Förderung im Rahmen der Initiative „Clusters4Future“ aufgenommen. Von anfangs 117 Bewerbern um ein Cluster4Future stehen derzeit noch 15 im Wettbewerb. Final sollen dann sieben Projekte eine bis zu neunjährige Förderung erhalten. 

Ziel von IC4CES ist es, mit innovativen Methoden der Künstlichen Intelligenz Kognitive Energiesysteme zu ermöglichen und unter Einbindung von Akteuren aus Forschung, Wirtschaft, Gesellschaft und Politik zu realisieren, damit eine sichere Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien möglich und erschwinglich ist. Da die wirtschaftlichen, politischen, ökologischen und technischen Rahmenbedingungen für IC4CES hochgradig dynamisch sind, wird ihnen mit einem agilen Vorgehen begegnet. Dabei konzentrieren sich die Partner auf die Schwerpunkte Innovationsökosysteme, Entwicklungsplattformen und den Transfer in die Anwendung.     

Innovationsökosysteme bieten Raum für Inspiration

Auf dem Weg zu einem autonomen Energiesystem sind noch viele Fragen offen. Daher ist es wichtig, eine Arbeitsumgebung zu schaffen, die neue Ideen erzeugt, vorausschauende Köpfe zusammenbringt und neue Lösungen generiert. Ein Vorbild hierfür kann beispielsweise das Silicon Valley sein. „Eine gemeinschaftliche Entwicklung unter Einbezug von Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Gesellschaft ist notwendig, um die Herausforderungen der Kognitiven Energiesysteme zu meistern“, ist Dr. Knut Kappenberg, Leiter des efzn-Forschungsservice, überzeugt. 

Die Region Nordhessen-Südniedersachsen hat sich bereits als Standort für die Forschung an Künstlicher Intelligenz für Energiesysteme in Wirtschaft und Wissenschaft etabliert. So haben sich dazu Forschungsinitiativen an den Universitäten in Göttingen und Kassel gebildet. Der Bund und das Land Hessen investieren mehr als 60 Mio. Euro in einen Neubau und die Forschungsinfrastruktur für nachhaltige Energiesysteme des Fraunhofer-Instituts IEE in Kassel. Für Unternehmen in der Region, wie SMA Solar Technology AG, Städtische Werke AG, EAM GmbH und Avacon AG sind KI-Verfahren für die Weiterentwicklung ihrer Geschäftsmodelle von großer Bedeutung. Junge, innovative Unternehmen aus dem Bereich kognitiver Energiesysteme, wie enercast GmbH, eoda GmbH und Flavia IT-Management GmbH, haben sich bereits angesiedelt. Netzwerke wie deENet, House of Energy und efzn fördern die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und der Forschung, um die Digitalisierung gezielt für Innovationen zu nutzen.  

Der Forschungsbereich von IC4CES erstreckt sich auf die gesamte Wertschöpfungskette von Energiesystemtechnik über Energienetze bis hin zur Energiewirtschaft und schließt die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr mit ein. Grundlegend für die Bewerbung sind Arbeiten des Aufbauprojektes „Kompetenzzentrum Kognitive Energiesysteme“ (K-ES) des Fraunhofer IEE, das durch die Hessische Landesregierung gefördert wird. Auch die Ergebnisse der abgeschlossenen Forschungsprojekte PrIME, Prophesy, DigitalTwinSolar, c/sells, NEW 4.0 fließen mit ein.

Entwicklungsplattform schafft Zugang zu Daten und Modellen  

Gemeinsam mit der Universität Kassel konzentriert sich das Fraunhofer IEE auf KI und autonomes Lernen energetischer Systeme. Ein wichtiger Bestandteil des Projektes liegt im Aufbau und der Verbreitung einer offenen, standardisierten Entwicklungsplattform. „Daten und Modelle müssen für eine schnelle Entwicklung von KI-Lösungen einfach zugänglich sein“, betont Bernhard Sick, Professor für Intelligente Eingebettete Systeme an der Universität Kassel.

IC4CES will dem Energiesystem ermöglichen, proaktiv auf neue Situationen zu reagieren. Das System soll künftig in der Lage sein, den Zustand seiner Assets anhand verfügbarer Informationen selbständig zu bestimmen und in die Zukunft zu prognostizieren. Durch die Fähigkeit zur Adaption können die Anlagen selbständig energiespezifische Ziele erreichen. 

Die GWDG bringt dazu ihre Erfahrung im Bereich des High Performance Computing ein. „Daten in einer Form bereitzustellen, dass sowohl der Anfänger als auch der Experte damit effizient Kognitive Energiesysteme entwickeln kann, ist uns dabei besonders wichtig“, erläutert Ramin Yahyapour, Geschäftsführer der GWDG und Professor an der Universität Göttingen.

Zügige Umsetzung in die Praxis 

Die Wissenschaftler legen großen Wert darauf, dass die Forschungsergebnisse möglichst schnell in der Praxis erprobt werden. „Für den Erfolg der Kognitiven Energiesysteme ist der Transfer in die Anwendung entscheidend. Hier sind Kooperationen mit Wirtschaftspartnern geplant“, betont Dr. Reinhard Mackensen, Leiter des Fraunhofer IEE. Neben Ökosystem- und Entwicklungsplattform, die virtuell aufgebaut werden, soll auch ein Transferzentrum als reale Institution der Begegnung, des Austauschs und der Zusammenarbeit entstehen.   

Die Vision des IC4CES stößt in der Wirtschaft bereits auf reges Interesse. Sowohl mit Anwendern aus der Energiewirtschaft als auch mit Ausrüstern und Dienstleistern aus der Industrie und regionalen Netzwerken beteiligen sich eine Vielzahl an Akteuren und unterstützen das Innovationscluster.   

Prof. Dr. Bernhard Sick, Universität Kassel: bsick@uni-kasssel.de  

André Baier, Fraunhofer IEE: andre.baier@iee.fraunhofer.de