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Konzepte für sichere Energiesysteme

Der Anteil erneuerbarer Quellen an der Stromerzeugung steigt immer weiter – bundesweit auf zuletzt 38 Prozent im Jahr 2017. Welche Herausforderungen dieser Teil der Energiewende mit sich bringt, erforschen Informatiker der Universität Oldenburg innerhalb eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ins Leben gerufenen Schwerpunktprogramms. Das Team um Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff von der Universität Oldenburg ist an drei Projekten des interdisziplinären Programms beteiligt. Sie werden mit jeweils knapp 300.000 Euro gefördert und sind kürzlich gestartet.

Für die Betreiber von Stromnetzen bringt die Energiewende neue Herausforderungen mit sich. „Um die schwankende Leistung erneuerbarer Energiequellen auszugleichen, muss das Stromnetz beispielsweise mit Pufferkapazitäten, aber auch mit dem Wärme- und dem Gasnetz gekoppelt werden“, berichtet Sebastian Lehnhoff. Fachleute nennen diese neuen, vielfältigeren Lebensadern der Energieversorgung „multimodale Netze“. Weil darin neben Wechselstrom zunehmend auch Gleichstrom eine Rolle spielt, werden die Netze zusätzlich auch als „hybrid“ bezeichnet.

Unabhängige Steuerung
Eins der drei Projekte mit Beteiligung der Oldenburger Energieinformatiker beschäftigt sich damit, wie sich die zahlreichen regenerativen Stromquellen – etwa Photovoltaik-Anlagen, Windturbinen oder Blockheizkraftwerke – am besten koordinieren lassen. Zur Steuerung setzen Lehnhoff und seine Kollegen von der Universität Hannover auf ein so genanntes Multiagentensystem. Das ist eine Software, die ähnlich funktioniert wie ein Ameisenstaat: Dabei agieren lokale Steuereinheiten unabhängig voneinander. Sie sorgen beispielsweise dafür, dass die Spannung in einem Bereich des Netzes im erlaubten Rahmen bleibt, ohne dass eine zentrale Stelle das gesamte System überwacht. „Dadurch entstehen automatisch Redundanzen, die das System robuster und weniger fehleranfällig machen“, sagt Lehnhoff.
Im zweiten Teilprojekt untersuchen die Oldenburger Forscher zusammen mit Kollegen von der TU Dortmund die Risiken, die sich durch die Abhängigkeit des Stromnetzes von der Informations- und Kommunikationstechnik ergeben. Sie wollen ein Modell entwickeln, das die sicherheitskritischen Punkte der multimodalen Netze aufspürt und bewertet. So will das Team etwa herausfinden, ob sich Ausfälle kaskadenartig über verschiedene Bereiche ausbreiten können, etwa vom elektrischen Netz über das Telekommunikationsnetz ins Wärme- und Gasnetz. „Im letzten Schritt soll eine Risikoanalyse entstehen, um die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten kritischer Ereignisse zu identifizieren“, berichtet Lehnhoff.

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