Twin2Share - Digitale Zwillinge zur energetischen Optimierung in Energiegemeinschaften (EGs)

Ausgangssituation/Motivation

Erneuerbare Energiegemeinschaften (EEGs) sind ein neues Konzept, das Gemeinschaften, Gemeinden und Städte befähigt, nachhaltige Energie zu erzeugen, zu teilen und zu nutzen, um Umweltauswirkungen zu reduzieren und die Energiewende voranzutreiben.

In Österreich wächst das Interesse an EEGs stetig, unterstützt durch das Erneuerbaren Ausbau Gesetz (EAG2020) und der neuen Koordinationsstelle: mit Ende 2023 stieg die Anzahl auf mehr als 800. Um EEGs langfristig zu etablieren, ist ein Ökosystem von Leistungen notwendig.

Die Gründung, der Aufbau und der Betrieb von EEGs ist heute noch mit erheblichen organisatorischen Hürden, hohem Zeitaufwand und Kostenrisiken verbunden. Zu den vielen noch wenig untersuchten Fragestellungen gehört die Auswirkungsprognose bei Gründung einer EEG, die integrierte Betrachtung von Strom und Wärme, ein effizientes, dynamisches Lastmanagement (DL) beim Betrieb und die dynamische Nutzung vorhandener Systeme als Energiepuffer sowie die damit verknüpften sozio-technischen Herausforderungen und Lernpotenziale der neuartigen Organisationsformen.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Ziel von Twin2Share ist die Konzeption, prototypische Umsetzung und wissenschaftliche Evaluierung eines innovativen Softwareprodukts, das leicht an die Anforderungen konkreter EGs (EEGs, BEGs und GEAs) angepasst (konfiguriert) werden kann, und alle Phasen von der Gründung bis zum Betrieb unterstützt.

Der Ansatzpunkt ist die Verwendung Digitaler Zwillinge (DTs), ein Konzept, welches sich gerade in Bereichen wie Produktion und Bauwirtschaft in der Praxis durchsetzt. Die hohe Dynamik des Lastmanagements einer EG, die bedeutende Rolle des Nutzer:innen-Verhaltens und der -einbindung sowie die automatisierte Steuerbarkeit moderner energieverbrauchender Geräte machen DTs zum optimalen Konzept für eine umfassende Unterstützung von EGs.

Damit wird es ermöglicht, in EGs neben der Optimierung von Energieeffizienz und Kosten auch das Konzept des „Citizen Empowerments" zu stärken.

Methodische Vorgehensweise

Folgende Funktionalität wird umgesetzt:

1. Gründung einer EG: Entwicklung von Simulationsverfahren zur energiewirtschaftlichen Optimierung. Neben Prognosen zu Kosten und Einsparungen werden Indikatoren für die Erreichung von SDG-Zielen und soziale Aspekte berücksichtigt.
2. Betrieb und Optimierung einer EG: Das dynamische Lastmanagement in Energiegemeinschaften wird durch eine entwickelte Multi-Faktor Optimierungspipeline umgesetzt. Ziele und Nebenbedingungen für die Optimierung werden dynamisch an die aktuelle Situation in einer EG anpassbar sein. Die Übertragung optimierter Verhaltensweisen auf Geräte mit entsprechenden Ansteuerungsmöglichkeiten (z.B. Modbus TCP) wird angestrebt.
3. Erweiterung einer EG: Die sukzessive Erweiterung erfolgreicher Energiegemeinschaften (EGs) erfordert Prognosen und Simulationstechniken, um geeignete neue Mitglieder zu identifizieren, aufbauend auf den Methoden der Gründungsphase.

Die Design-Science-Forschungsmethodik verbindet Theorie und Praxis digitaler Innovationen, wodurch sie ideal für dieses Projekt ist. Der iterative Prozess ermöglicht die effiziente Integration veränderter Anforderungen.

Die Nutzer:innen-Zentriertheit steht im Fokus: Fachliche, technische und User Experience-Anforderungen werden von Anfang an durch Benutzer:innen-Befragungen erfasst. Regelmäßige (End)Anwender:innen-Tests und Evaluierungen stellen die Nützlichkeit der Implementierung sicher. Hierfür wird die Software laufend in zumindest zwei Demo EGs ausgebracht.

Erwartete Ergebnisse

Derzeit existiert keine ganzheitliche Softwareunterstützung für EGs. Mit der Umsetzung eines digitalen Zwillings, der neben der Abbildung der realen Welt auch die Möglichkeit bietet, optimierte Verhaltensweisen ins reale System zurückzuspielen, entsteht ein wegweisendes Produkt.

Die Relevanz des dynamischen Lastmanagements und der Einbeziehung von Speichertechnologien wird neben dem Potential zur Energieeffizienzsteigerung besonders deutlich anhand seines potenziellen Beitrags zur Stabilisierung des Stromnetzes, was essenziell für erfolgreiche Etablierung des EG-Konzepts ist.

Projektleitung

Universität Innsbruck, Institut für Informatik, Univ. Prof. Dr. Ruth Breu

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

• Autonoma Energy
• Innsbrucker Kommunalbetriebe (IKB)
• Future.lab

Alexandra Jäger, MSc
Technikerstraße 21a
A-6020 Innsbruck
Tel.: +43 (512) 507 / 53335
E-Mail: alexandra.jaeger@uibk.ac.at
Web: qe-informatik.uibk.ac.at