Willkommen zur Research Platform Energy

Die Research Platform Energy (RPE) ist Teil des Instituts für Automation und angewandte Informatik (IAI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Die Research Platform Energy betreibt Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet innovativer, anwendungsorientierter Informations-, Automatisierungs- und Systemtechnik für zukunftsfähige Energiesysteme. Die Research Platform Energy ist zuständig für den wissenschaftlichen Betrieb und für die stetige Weiterentwicklung der Energieforschungsinfrastrukturen Energy Lab 2.0 (Teilprojekt Smart Energy System Simulation and Control Center, SEnSSiCC) und Living Lab Energy Campus.

Energy Lab 2.0

Das Energy Lab 2.0 ist eine großskalige Forschungsinfrastruktur, in der das Zusammenspiel der Komponenten künftiger Energiesysteme erforscht und neue Ansätze zur Stabilisierung der Energienetze realitätsnah erprobt werden. Ein Anlagenverbund verknüpft elektrische, thermische und chemische Energieströme sowie neue Informations- und Kommunikationstechnologien. Ziel der Forschungsarbeit ist es, Transport, Verteilung, Speicherung und Nutzung des Stromes zu verbessern und damit die Grundlage für die Energiewende zu schaffen.

SEnSSiCC im Energy Lab 2.0

In SEnSSiCC sind die IT-technischen Arbeiten und Forschungsaspekte des Energy Lab 2.0 gebündelt. SEnSSiCC vereint folgende Labore:

  • Control, Monitoring and Visualization Center (CMVC, betrieben von RPE)
  • Energy Grids Simulation and Analysis Laboratory (EGSAL, betrieben von RPE)
  • Smart Energy System Control Laboratory (SESCL, betrieben von RPE)
  • Living Lab Energy Campus Experimentalgebäude (LLEC, betrieben von RPE)
  • Security Lab Energy
  • Power Hardware in the Loop Laboratory (PHIL, betrieben vom Institut für Technische Physik)

 

Control, Monitoring and Visualization Center

Forschungsleitwarte des CMVC im Energy Lab 2.0 (Foto: Markus Breig, KIT)

Das Control, Monitoring and Visualization Center (CMVC) ist eine forschungsorientierte Infrastruktur zur Konzeption, Entwicklung und Erprobung neuer Software für die Planung und den Betrieb smarter Energiesystemlösungen. Auf Basis eines Computerclusters mit Cloud- und Big-Data-Technologien stellen innovative Dienste hoch skalierbare Datenmanagement-, Analyse-, Vorhersage-, Simulations-, Optimierungs- und Visualisierungsfunktionalitäten bereit, die sich direkt über das Web nutzen lassen. Eine SCADA-lnstrumentierung sorgt für die daten- und kontrolltechnische Anbindung der lokalen und entfernten Anlagen und Netze des Energy Lab 2.0.

Energy Grids Simulation and Analysis Laboratory

Das Energy Grids Simulation and Analysis Laboratory (EGSAL) ist eine Hard- und Software-Infrastruktur zur Modellierung, Simulation und Analyse von Energienetzen (Strom, Gas, Wärme, Kraftstoffe), die Erzeuger, Speicher und Verbraucher verknüpfen. Das zukünftige Stromnetz spielt für die Integration aller Energieformen und -netze in der Energiewende eine zentrale Rolle. In EGSAL werden sowohl Microgrids und das Stromnetz des KIT-Campus Nord als auch Verbundnetze (Stadtnetz Karlsruhe, Übertragungs- und Verteilnetze Deutschland, Übertragungsnetz Europa) untersucht. State-of-the-Art Software und selbst entwickelte Computerlösungen bilden hierfür die Grundlage.

Real Time Digital Simulatoren im EGSAL des Energy Lab 2.0 (Foto: Markus Breig, KIT)

Smart Energy System Control Laboratory

Die Sammelschienenmatrix verschaltet alle Anlagen im SESCL miteinander, um verschiedenste Experimente schnell umzusetzen. (Foto: Markus Breig, KIT)

Das Smart Energy System Control Laboratory (SESCL) ist eine Experimentierstätte, um moderne energietechnische Anlagen und neue Regelalgorithmen zu entwickeln und zu testen. Die physische Präsenz der Anlagen im SESCL schafft einen ständigen Realitätsbezug und erleichtert damit die Umsetzung der Forschungsergebnisse in realen Netzumgebungen. Weil das Experimentierfeld vom öffentlichen Stromnetz galvanisch getrennt ist, können dort auch Regelungstrategien in Grenzbereichen zugelassen und untersucht werden. Außerdem können Betriebspunkte angesteuert werden, die an die Stabilitätsgrenzen heranreichen. Solche Experimente wären im öffentlichen Netz unzulässig.

Living Lab Energy Campus Experimentalgebäude

In der Helmholtz-Forschungsinfrastruktur (FIS) Living Lab Energy Campus wurde der Bau dreier Experimentalgebäude mit identischer Gebäudehülle und großzügiger Instrumentierung, aber verschiedenen regelbaren Heizsystemen, realisiert. Die drei Experimentalgebäude ermöglichen die Forschung an einer selbsteinstellenden Prozessführung zur netzdienlichen Regelung für Gebäudeheizungen und deren Validierung in einem Echtteileexperiment. Durch eine verbesserte Prozessführung sparen alle mit solch modernen Reglern ausgestatteten Heizungsanlagen unmittelbar Energie. Strombasierte Heizungsanlagen mit netzdienlichen Regelungen erbringen außerdem Systemdienstleistungen im Stromnetz.

LLEC Experimentalgebäude (Quelle: Simon Waczowicz, KIT)

Security Lab Energy

Steuerungs-, IT- und Netzwerkkomponenten Im Security Lab Energy (Quelle: Hubert B. Keller, KIT)

Im Security Lab Energy wird ein beispielhaftes verteiltes und vernetztes Energiesystem mit typischen Komponenten aufgebaut. Es werden die gleichen Steuerungs-, IT- und Netzwerkkomponenten eingesetzt wie in einem realen Stromnetz. An Komponenten sind z. B. ein kleines Windrad, eine Batterie, eine Photovoltaikanlage, ein Smart Meter etc. geplant. Ebenfalls sind alle Kommunikationsinfrastrukturkomponenten inklusive der Vernetzung vorgesehen. Ziel ist es, Angriffe auf das IKT-System und die automatisierungstechnischen Komponenten zu realisieren. Dabei sind insbesondere auch die Protokolle Ziel der Analysen. Für die Untersuchungen werden umfangreiche Daten generiert.

Power Hardware in the Loop Laboratory

Das Power Hardware in the Loop (PHIL) Laboratory ist eine Infrastruktur zur sicheren und wiederholbaren Prüfung neuer Netzkomponenten, -topologien und -technologien in jeder erdenklichen Betriebssituation. Das PHIL-Labor ist ein wesentliches Element des SEnSSiCC, welches vom Institut für Technische Physik aufgebaut und betrieben wird. Dort lässt sich die Netzumgebung selbst in Echtzeit simulieren, was die Entwicklungszeit neuartiger Hardwarekomponenten erheblich verkürzt.

Durch PHIL können reale Energie-Hardware-Komponenten in ein simuliertes Netz eingebunden werden. Nur so ist das komplexe Gesamtsystem Energie mit integrierter Sektorenkopplung experimentell überhaupt zugänglich. (Foto: Markus Breig, KIT)