17.11.2025 – Das Forschungsvorhaben „Zukunftslabor Energie“ untersucht, wie digitale Steuerung und Simulationen dabei helfen können, Schwankungen im Netz auszugleichen, Überlastungssituationen zu vermeiden und Emissionen im Wohnquartier zu senken.
Die Wissenschaftler:innen des Zukunftslabors Energie verfolgen im Projekt den Ansatz, mehr über das Potenzial von dezentral optimierten Flexibilitäten auf Basis betrieblicher Fahrpläne herauszufinden. Dabei analysieren sie die Flexibilitäten einzelner Gebäude separat (dezentral) und prüfen, zu welchen Zeiten die Energienutzung sinnvoll und effizient ist (betrieblicher Fahrplan).
Für ihre Analysen entwickelten die Projektbeteiligten digitale Modelle von verschiedenen Energiekomponenten (z. B. Photovoltaikanlagen, Energienetze, Gebäude) und simulierten das Zusammenspiel dieser Komponenten virtuell. Auf diese Weise sollten Zusammenhänge und Abhängigkeiten der verschiedenen Energiekomponenten deutlich werden.
Bild: Prime path 515 / stock.adobe.com (KI-generiert)
Das Multi-Agenten-System
Für die Kommunikation der verschiedenen Energiekomponenten untereinander implementierten die Wissenschaftler:innen ein Multi-Agenten-System: Jede Komponente (z. B. Photovoltaikanlage, Batteriespeicher) hat einen Software-Agenten, der mit den Agenten anderer Komponenten kommuniziert. Darüber hinaus wurde ein zentrales Energiemanagementsystem (EMS) in die Simulation integriert, um auch übergeordnete Aspekte wie Spannungsniveaus und Transformatorlasten im Blick zu behalten.
„Die Ergebnisse zeigen, dass eine Optimierung der betrieblichen Flexibilität auf Basis von Fahrplänen dazu beiträgt, den durchschnittlichen Ladezustand der Speichersysteme zu senken, was auf eine mögliche Reduzierung der erforderlichen Speicherkapazität hinweisen könnte. Zudem wurde der parallele Stromverbrauch für die Pufferspeicher verringert, wodurch eine Überlastung des Stromnetzes vermieden werden kann“, erklärt Dr.-Ing. Fernando Penaherrera vom OFFIS Institut für Informatik in Oldenburg.
Technologiestörungen
Darüber hinaus simulierten die Wissenschaftler:innen, wie sich Störungen im Informations- und Kommunikationssystem (IKT) auf das Energiesystem auswirken können. Hierzu koppelten die Forscher:innen ein Modell der Netzkommunikation mit einem Modell des Energieversorgungsnetzes in einem real existierenden Wohnquartier (Am Ölper Berge in Braunschweig) und simulierten dort Verzögerungen in der Kommunikation sowie in der Berechnung von Optimierungsmaßnahmen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Verzögerungen kaskadenartig auf den Informationsfluss des gesamten Energiesystems auswirken. So war das Stromnetz in dieser Simulation in extremen Fällen bis zu sechs Sekunden instabil, bevor es durch das Energiemanagementsystem stabilisiert werden konnte.
Sinkende Emissionen
Das Forschungsteam nutzte die entwickelten Modelle auch für die Analyse der Energieversorgung im ausgesuchten Wohnquartier. Dabei richteten sie den Fokus darauf, welche Auswirkungen eine steigende Integration dezentraler Energieerzeuger auf den gesamten Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen des Quartiers haben könnten. Zu diesem Zweck untersuchten sie den Einsatz verschiedener Energietechnologien, die über die Jahre 2020, 2030, 2040 und 2050 zunehmen. Die Simulationen zeigen, dass eine bessere Isolierung und der damit verbundene geringere thermische Energiebedarf, die Nutzung effizienterer Wärmepumpen mit einem Niedertemperatur-Fernwärmenetz sowie die steigende Integration von Photovoltaik-Anlagen auf Dächern und Balkonen die Treibhausgasemissionen im Quartier um bis zu 75 Prozent reduzieren können. (cp)