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Die Energiewende bewirkt große Herausforderungen für das Stromnetz. Der steigende Strombedarf durch die Elektrifizierung der Sektoren Wärme und Mobilität sowie die fluktuierende Einspeisung erneuerbarer Energien erfordern innovative Lösungen, um Netzüberlastungen zu vermeiden und eine stabile, effiziente Netzintegration zu ermöglichen.
Im Forschungsprojekt SURF wird eine marktbasierte Flexibilitätsplattform entwickelt, die auf künstlicher Intelligenz (KI), Netzzustandsprognosen und dynamischer Preisbildung basiert. Ziel ist es, dezentrale steuerbare Verbrauchseinrichtungen (SteuVE) wie Wärmepumpen, Batteriespeicher und Wallboxen gezielt so zu steuern, dass sie sowohl wirtschaftliche Vorteile für die Nutzer bieten als auch das Netz entlasten. Dadurch wird der bisher reaktive Steuermechanismus gemäß §14a EnWG durch einen proaktiven, marktgetriebenen Ansatz ergänzt.
Die Flexibilitätsplattform soll es ermöglichen, dass Haushalte und Unternehmen ihre Energieverbräuche mithilfe von dynamischen Preissignalen automatisiert an die Netzsituation anpassen. Dies geschieht über ein Energiemanagementsystem (EMS), das optimale Steuerungsentscheidungen trifft. In Feldtests in städtischen Netzgebieten wird untersucht, wie diese Mechanismen in der Praxis funktionieren und wie Prosumer durch marktbasierte Anreize motiviert werden können, aktiv zur Netzstabilität beizutragen.
Das Projekt trägt zur Entwicklung digitaler, nachhaltiger Energiemärkte bei und bietet spannende Forschungsfragen in den Bereichen Smart Grids, Energiemanagement und Prosumer-Integration. Die Ergebnisse sollen neue regulatorische Rahmenbedingungen mitgestalten und die Transformation der Energiewirtschaft vorantreiben.
Kontakt: Jonas Philipp Martin, B.Sc.
Mit der derzeitigen Neugestaltung der Netzentgelte durch die Bundesnetzagentur müssen energieintensive Unternehmen mehr Flexibilität bzgl. ihres Netzbezuges bereitstellen, um von Sondernetzentgelten in der bisherigen Größenordnung profitieren zu können. Zukünftig rückt damit die Flexibilisierung des Energiebedarfs, z.B. durch Produktionsanpassungen oder Einbindung von Speichersystemen in den Vordergrund.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mit den zukünftig vorhandenen Daten aus dem Energiemonitoring Digitale Zwillinge mit einer generischen Modellstruktur möglichst automatisiert zu erzeugen und im Zusammenwirken mit KI-Methoden die komplexen Elektrizitätsmarktprozesse zu beherrschen, um durch eine Multi-Market-Optimierung die Strombeschaffungskosten für energieintensive Unternehmen zu senken und gleichzeitig das Energiesystem resilienter zu machen.
Kontakt: Leon Tadayon, M.Sc.
Sonnenkollektoren und PV-Module können zur Erzeugung von Wärme und Strom in Gebäuden genutzt werden. Allerdings steht die erzeugte Energie nicht immer genau dann zur Verfügung, wenn sie benötigt wird. Häufig wird sie entweder zu einem ungeeigneten Zeitpunkt oder auf einem nicht nutzbaren Temperaturniveau bereitgestellt. Dies stellt eine Herausforderung dar, insbesondere bei erneuerbaren Energien, deren Verfügbarkeit nicht flexibel gesteuert werden kann. Eine vielversprechende Lösung bietet die Sorptionstechnologie, die eine hocheffiziente Speicherung und bedarfsgerechte Freisetzung von Wärme ermöglicht. Diese Technologie zeichnet sich durch ihre hohe Energiedichte und langfristige Speicherfähigkeit aus und ist damit vielen konventionellen thermischen Speichermethoden überlegen. Durch die Nutzung Sorption Materialien kann überschüssige Energie verlustfrei über lange Zeiträume gespeichert und bei Bedarf gezielt wieder abgegeben werden. So lassen sich Schwankungen zwischen Energieangebot und -nachfrage ausgleichen, wodurch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weiter reduziert wird. Ein zentraler Fokus dieses Projekts liegt auf der Modellierung und Optimierung des Sorption Speicher Systeme sowohl auf Reaktor- als auch auf Systemebene, integriert mit weiteren Energiekomponenten im Gebäude, mit dem Ziel, die Effizienz des Sorptionswärmespeichers zu steigern. Durch eine optimierte Reaktorkonstruktion und angepasste Betriebsbedingungen soll die Systemleistung maximiert und die Integration in solarthermische Anlagen sowie weitere Energiekomponenten im Gebäude erleichtert werden.
Kontakt: Elham Abohamzeh, M.Sc.
Gerade das Thema der wirtschaftlichen, klimafreundlichen und sicheren Bereitstellung von Energie ist ein Schlüsselfaktor für die Schaffung von erfolgsfördernden wirtschaftliche Rahmenbedingungen. Eine Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energie in Kombination mit flexibler Nutzung mehrerer unterschiedlicher Energiequellen und Speichertechnologien führt zur Energiepreissenkung und Erhöhung der Resilienz.
Die Kernidee des Forschungsprojekts EnergieForschungSaar (EnFoSaar) besteht in der Entwicklung einer wissenschaftlich fundierten und zugleich praktisch anwendungsorientierten Methodik, um die Transformation der saarländischen Energiewirtschaft und die dafür notwendige Forschungslandschaft kurzzyklisch und schlagkräftig voranzutreiben. Nur wenn die Geschwindigkeit und Dynamik der Transformation der Energiewirtschaft im Saarland mit der Geschwindigkeit und Dynamik der Auswirkungen des Klimawandels und der (inter)nationalen Energiewende Schritt halten oder ihnen sogar voraus sind, kann ein entscheidender Beitrag zur erfolgreichen Gestaltung des Strukturwandels im Saarland, zur Sicherung von Arbeitsplätzen und zur Aufrechterhaltung des Wohl-stands geleistet werden.
Dementsprechend liegt der Fokus des Anfang 2025 gestarteten Forschungsprojektes unter der Federführung der htw saar und mit maßgeblicher Beteiligung der Universität des Saarlandes sowie den Forschungsinstituten DFKI, Fraunhofer IZFP, IZES gGmbH und saarene, auf der Bündelung von Forschungsexpertise, um eine wissenschaftlich fundierte sowie praxisorientierte Wirkung zu erzielen, die nachhaltige Effekte für den Strukturwandel im Saarland schafft.
Das Design der Forschungsarbeit basiert auf einer Verzahnung der Kompetenzfelder, welche die drei wesentlichen Teilbereiche der Energiewirtschaft auf Datenebene abbildet:
Energieproduktion (Kompetenzfeld 1),
Energietransport, -speicherung und -verteilung (Kompetenzfeld 2) sowie
Energieverbrauch (Kompetenzfeld 3).
Diese Struktur wird ergänzt durch den Querschnittbereich der
Energiematerialien (Kompetenzfeld 4) auf der physischen Ebene sowie
ein übergeordnetes Kompetenzfeld (Kompetenzfeld 5), das die gesamte Governance des Projektes inklusiv Akzeptanzforschung und Dissemination verantwortet.
Der Lehrstuhl für Automatisierungs- und Energiesysteme (AES) verantwortet dabei zusammen mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) auf dem Campus der Universität des Saarlandes verantworten hierbei das Kompetenzfeld 1 – Multienergiesysteme.
Ziel des Kompetenzfeld 1 ist es Modelle (Digitaler Zwilling) und KI-Methoden zu entwickeln, um Multi-Energiesysteme auszulegen und optimale Steuerungsalgorithmen über die gesamte Lebensdauer für beliebige Randbedingungen (z.B. sich verändernde gesetzliche Rahmenbedingungen) zu entwickeln, zu untersuchen und zu bewerten. Der Fokus dieses Kompetenzfeldes liegt auf der Standardisierung von Methoden, der Einbeziehung von Prozessen der Digitalisierung in der Energiewirtschaft (z.B. Messdatenerfassung und -bevorratung) sowie der Entwicklung und Anwendung von Methoden der KI (z.B. bei der Messdatenverarbeitung). Digitalisierung und der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) sind entscheidend, um die Herausforderungen der Energiewende zu bewältigen und zu einer sicheren Bereitstellung sauberer, erschwinglicher Energie beizutragen. Mittels Digitalisierung und KI lassen sich die Energiesysteme flexibler, stabiler und effizienter gestalten. Digitalisierung und KI ermöglichen eine bessere Integration erneuerbarer Energien, helfen dabei, den steigenden Energiebedarf zu decken und sichern die Netzstabilität in einer zunehmend dezentralen und volatilen Energielandschaft.
Kontakt:
AES: Prof. Dr.-Ing. Georg Frey
DFKI: Dr.-Ing. Boris Brandherm
Je mehr erneuerbare Energien genutzt werden, desto flexibler muss das Gesamtsystem werden. Batterie-speicher stellen dabei einen wichtigen Baustein der Energiewende dar und erhöhen die Flexibilität im Stromnetz. Sie sind in der Lage das Angebot und die Nachfrage von elektrischer Energie auszugleichen und zahlreiche Systemdienstleistungen (z.B. Regelleistung) bereitzustellen, die die Systemstabilität unter-stützen. Sie erhöhen die lokale bzw. inländische Wertschöpfung da nicht verbrauchte elektrische Energie nicht exportiert werden muss und sie fördern die Integration von Strom aus Erneuerbaren Energiequellen in den Markt.
Der Fokus des Forschungsvorhabens liegt in der systematischen Untersuchung stationärer Stromspeicher als Baustein der Energiewende hinsichtlich ihres Flexibilitäts-Potentials für die beiden Akteure Anlagen-betreiber und Netzbetreiber, in einem Multi-Use-Betrieb, d.h. durch die Kombination mehrerer Anwen-dungen. In Simulationsstudien sollen Kombinationen unterschiedlicher Szenarien und Betriebsstrategien entwickelt und analysiert werden. Ausgewählte Kombinationen sollen praktisch an einem realen Batte-riespeichersystem in Homburg/Saar umgesetzt und validiert werden.
Kontakt: Dipl.-Ing. Josef Meiers
Die Kombination von Solarsystemen (PV, Solarthermie oder PVT) mit Wärmepumpen gilt als vielversprechendes Konzept zur effizienten Energieversorung von Gebäuden mit hohen Eigenverbrauchsanteilen der Solarenergie. Durch die steigende Bedeutung der Verknüpfung des Strom- und Wärmesektors und der Dargebotsabhängigkeit der Erneuerbaren Energien findet auch eine abgestimmte und optimierte Auslegung sowie Steuerung und Regelung derartiger Systeme eine immer größer werdende Bedeutung für die Energieversorgung von Gebäuden. Der Forschungsschwerpunkt liegt in der Modellierung, Simulation und Optimierung derartiger Systeme.
Kontakt: Dipl.-Ing. Josef Meiers
Technische Produkte sind zunehmend komplexe Systeme, die anwendungsspezifisch entwickelt, produziert und eingesetzt werden. Effizienz- und Nachhaltigkeitsziele beziehen sich auf den gesamten Produktlebenszyklus. Damit gehen große Herausforderungen hinsichtlich der Integration unterschiedlicher ingenieurwissenschaftlicher Kompetenzen einher. Das Projekt dient der Erforschung entsprechend zukunftsfähiger Lösungen. Es unterstützt u. a. die saarländische Innovationsstrategie in den Potenzialthemen Automotive und Produktion. Darüber hinaus versteht es sich auch längerfristig als Plattform für Kooperationen.
Kontakt: Dipl.-Ing. Christian Wolf
Im Projekt Designetz beschäftigen wir uns mit der Frage, wie Modelle und Simulationen gewinnbringend in einer Service-orientierten IT-Architektur bereitgestellt werden können.
Kontakt: Moritz Stüber, M.Sc.