EnergyFOCUS - Durchgängig modellbasierte Entwicklungsmethode für Informations- und Kommunikationstechnologien intelligenter Energieversorgungssysteme

01.08.2012 -

Abgeschlossen
TU München & Siemens AG

Name des Teilnehmers: Georg Hackenberg

Beschreibung des IT-Forschungsprojektes: In Folge der Energiewende werden künftig neue Anforderungen an Energieversorgungssysteme gestellt, die nach heutigem Konsens unter anderem einen starken Ausbau von Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) erfordern. Der steigende Bedarf an IKT ist vor allem durch die Volatilität erneuerbarer Energiequellen sowie das technisch notwendige Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch begründet. Demnach soll das Verhalten der Komponenten des Energieversorgungssystems von der Höchstspannungsebene bis in den Haushalt künftig verstärkt durch den (ständigen) Austausch von Informationen beeinflusst werden. Dies bedeutet insbesondere, den Verbrauch unter Berücksichtigung von Nutzeranforderungen möglichst in Echtzeit an die Erzeugungssituation anzupassen. Nutzeranforderungen definieren hierbei den Rahmen des für die Nutzer akzeptablen System- bzw. Komponentenverhaltens. Das akzeptable Verhalten soll dabei unter anderem Aspekte der Verbraucherpriorität, der Energieeffizienz und der Energiekosten beinhalten. Des Weiteren ist innerhalb der Menge des akzeptablen Verhaltens eine Bewertung und Optimierung anhand zu definierender Kriterien zu erwarten. Kriterien können z.B. die kumulierten Energiekosten über einen Betrachtungszeitraum oder die erreichte Energieeffizienz sein.

Ziel der Entwicklung einer IKT für intelligente Energieversorgungssysteme ist somit, einen den Anforderungen gerechten Informationsaustausch zwischen den Komponenten und die daraus ableitbare Steuerungslogik zu definieren. Da sowohl die Gesellschaft als auch die Wirtschaft von einem stabilen Energieversorgungssystem abhängig sind, müssen Lösungen zwangsläufig vor dem flächendeckenden Einsatz intensiv auf korrekte Funktionstüchtigkeit geprüft werden. Um ähnlich kritische Anforderungen gezielt sicherstellen zu können, wurden in den vergangenen Jahren insbesondere für die Softwareentwicklung in der Automobilindustrie und in der Avionik durchgängig modellbasierte Entwicklungsmethoden konzipiert. Zentrale Eigenschaften etablierter Ansätze sind durchgängige und eindeutige Semantik, Abstraktion, Verfeinerung und Komponentenorientierung, um die Systemkomplexität beherrschbar zu machen und Lösungen systematisch und effizient auf das Ausgangsproblem zuzuschneiden.

Bestehende Entwicklungsmethoden stoßen jedoch insbesondere aufgrund der Interdisziplinarität, der Systemkomplexität, der stochastischen Systemanteile und der dynamischen Systemstrukturen an ihre Grenzen. Das Problem der Systemkomplexität ergibt sich aus der großen Anzahl an Systemkomponenten von Haushaltsgeräten über Leitungen und Transformatoren bis zu Großkraftwerken, von Technik über Nutzern bis zu Dienstleistern. Das Zusammenspiel aller Systemkomponenten muss dabei gezielt auf die Erfüllung der Anforderungen zugeschnitten werden. Stochastische Systemanteile bezeichnen nicht-deterministisches bzw. probabilistisches Verhalten, das sich aus der Betrachtung von Fehlverhalten technischer Komponenten sowie dem Verhalten nicht-technischer Komponenten wie dem Wetter, den Nutzern oder den Dienstleistern ergibt. Nicht-technische Systemkomponenten müssen dabei aufgrund ihres signifikanten Einflusses auf das Systemverhalten berücksichtigt werden. Dynamischen Systemstrukturen ergeben sich schließlich aus dem ständigen Verbinden/Trennen von Systemkomponenten in verschiedenen Systemteilen und des Einflusses dieser Ereignisse auf das physikalische und IKT-Verhalten.

Dieses Forschungsvorhaben hatte deshalb das übergeordnete Ziel, eine durchgängig modellbasierte Entwicklungsmethode speziell für die IKT intelligenter Energieversorgungssysteme zu konzipieren.

Software Campus-Partner: TU München, Siemens AG

Umsetzungszeitraum: 01.08.2012 - 31.07.2014