Lösungsumsetzung für SET Inno Tandems: Entwicklung von Energiemanagement-, Störungsmanagement- und KI-Tools

Im Zuge der Energiewende und zunehmender Anforderungen an intelligente Steuerungs- und Opti mierungslösungen gewinnen Heim-Energiemanagementsysteme (HEMS) auch für Stadtwerke an Be deutung. Bestehende kommerzielle White-Label-Lösungen sind jedoch für kleine und mittlere Stadt werke häufig mit hohen Kosten, geringer Flexibilität oder wirtschaftlich unrentabler Mindestabnah memengen verbunden. Open-Source Ansätze bieten hier potenzielle Vorteile. Dazu zählen insbeson dere eine höhere Datensouveränität, größere Flexibilität bei Anpassung und Wartung, geringere Kos ten sowie die Möglichkeit einer gemeinschaftlichen Weiterentwicklung und Nutzung durch mehrere Stadtwerke. Ziel dieses Innovationstandems ist es daher, eine Open-Source basierte Kundenplattform für kleine und mittlere Stadtwerke zu entwickeln, die stadtwerkerelevante Informationen (Dimmungsstatus, Stromverbrauch, Tarifinformationen) für Kundinnen und Kunden bereitstellt und über ein Plug-In für ein Open-Source HEMS verfügt. Das HEMS soll zur Gewährleistung einer regulatorisch konformen Um setzung von Steuerungsbefehlen auf einem lokalen Edge-System betrieben werden, das physisch im Haushalt installiert wird. Im Folgenden steht der Begriff „HEMS-Plug-In“ für die auf einem vorhande nen Open-Source Stack aufbauende, zu entwickelnde Optimierungslogik, die auf einer lokalen Hard warekomponente betrieben werden soll und dem für deren Betrieb notwendigen Backend. Das Ba ckend soll Wetterprognosen und Tarifdaten an das lokale HEMS übermitteln und perspektivisch auch weitergehende Funktionen wie etwa Aggregator-Geschäftsmodelle umfassen. Dies sollte bei der Ent wicklung berücksichtigt werden. Als Anwender und Kooperationspartner stehen die Stadtwerke Quickborn im Rahmen dieses Innovationstandems zur Verfügung. Die Stadtwerke Quickborn sind ein kommunaler regionaler Energieversorger und eine 100-prozentige Tochter der Stadt Quickborn mit rund 85 Mitarbeitenden, deren Kerngeschäft die Bereiche Energie, Glasfaser und Infrastruktur um fasst. Bei Open-Source Lösungen bestehen oft Herausforderungen hinsichtlich Interoperabilität, Anwender freundlichkeit und technischem Know-how zur Open-Source Integration. Im Hinblick auf das HEMS Plug-In stellt insbesondere die Anbindung an heterogene Enterprise Ressource Planning (ERP)-Sys teme häufig einen Engpass dar. Die Anbindung an das ERP-System des Stadtwerks ist hier jedoch nicht erforderlich, da abrechnungsrelevante Daten über die intelligente Messsysteme (iMSys)-Infra struktur, Verbrauchsdaten über die Home Area Network (HAN)-Schnittstelle des Smart-Meter-Gate ways (SMGW) sowie weitere Daten wie Tarif- oder Wetterdaten über vom ERP-System unabhängige Schnittstellen integriert werden können. Darüber hinaus sind zukünftige Anwendungsfälle wie die ge samtwirtschaftliche Optimierung nach dynamischen Tarifen und Eigenverbrauch, sowie die Optimie rung im virtuellen Kraftwerk (Virtual Power Plant, VPP) mitzudenken, um ein langfristig skalierbares und für Stadtwerke nutzbares HEMS-Plug-In zu entwickeln. Zudem ist das System als standardisiertes O pen-Source Produkt zu konzipieren, das eine einfache Installation und Konfiguration der Anwen dungsfälle, eine benutzerfreundliche Oberfläche sowie eine Übertragbarkeit bzw. Skalierung auf an dere kleine und mittlere Stadtwerke ermöglicht. Im Rahmen eines Feldtests ist das entwickelte HEMS Plug-In im Realbetrieb zu erproben. Ziel ist der Nachweis eines technisch funktionsfähigen Prototyps unter realen Einsatzbedingungen.

Der Rollout intelligenter Messsysteme (iMSys) schreitet voran. Mit der wachsenden Integration von steuerbaren Verbrauchseinrichtungen nach § 14a EnWG und Erzeugungsanlagen nach §9 EEG steigt auch der Bedarf zur netzorientierten Steuerung und den entsprechenden Steuerungseinrichtungen. Messstellenbetreibern (MSB) – wie z. B. dem wettbewerblichen Messstellenbetreiber (wMSB) inexogy – kommt hier eine zentrale Rolle zu: MSB sind nicht nur für die Installation und Inbetriebnahme der Steuerungseinrichtungen verantwortlich, sondern müssen auch im laufenden Betrieb die Funktionsfä higkeit der Steuerungswirkkette im MSB-Verantwortungsbereich sicherstellen. In der Praxis fehlt es bislang noch an belastbarem Wissen zu typischen Herausforderungen und ge eigneten Lösungsansätzen hinsichtlich der drei Phasen (1) Installation, (2) Inbetriebnahme und (3) lau fender Betrieb. Das Ziel dieses Innovationstandems besteht darin, systematisch Erkenntnisse zu allen drei Phasen zu sammeln und – als zentraler Fokus – ein praxistaugliches Störungsmanagement-Tool für die netz orientierte Steuerung zu entwickeln und zu erproben. Das Tool wird zunächst unter Laborbedingungen und anschließend im Feldtest erprobt. Ergänzend wird ein Handbuch für MSBs erarbeitet, das syste matisch dokumentiert, welche Störungen an welchen Komponenten oder Kommunikationsverbindun gen auftreten können und welche Maßnahmen zu ihrer Behebung – möglichst automatisiert – geeig net sind.

Der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) bietet große Potentiale zur Optimierung der Ressourcenef fizienz im häufig mittelständisch geprägten produzierenden Gewerbe in Deutschland. Bestehende KI Lösungen zielen jedoch meist auf große Unternehmen ab, wodurch Potentiale zur Steigerung der Res sourceneffizienz im Mittelstand meist unerschlossen bleiben. Die Entwicklung und Erprobung eines entsprechenden Prototyps im Rahmen dieses Innovationstandems bietet die Möglichkeit, die Grund lagen für eine Lösung zu entwickeln, um die Ressourceneffizienz im Mittelstand zu optimieren. Auch wenn im Rahmen der inhaltliche Kontext dieses Innovationstandems ein Umformverfahren mit metalli schen Hohlkörpern ist, ist ein entsprechendes verfahrenstechnisches Vorwissen nicht nötig. Die Zu sammenarbeit mit fHM im Rahmen dieses Innovationstandems ist überwiegend remote möglich. Die folgenden Voraussetzungen zur Umsetzung dieses Innovationstandems sind gegeben und zu be achten, die für alle Leistungspakete 1 bis 5 (vgl. Kapitel 2.4.1 bis 2.4.5) gelten: Die fischer Hydroforming GmbH in Menden (fischer Hydroforming bzw. fHM) betreibt eine Umform technologie, bei der metallische Hohlprofile mittels flüssigem Wirkmedium in einem formabbildenden Gesenk (spiegelverkehrtes Negativ) kalt verformt werden (Innenhochdruckumformung, IHU). Durch einen mehrstufigen Prozess entstehen dabei je nach Art des Auftrags komplexe Formen der Metall produkte, die z. B. in der Automobil- oder Luftfahrtbranche eingesetzt werden. Exemplarisch sind die Ergebnisse der Prozessschritte der Produktion am Beispiel einer komplexen Produktform in Abbildung 2 dargestellt, das in mehreren Schritten aus einem Hohlprofil geformt wurde.

Power Plus Communications AG (PPC) ist spezialisierter Hersteller von Kommunikationstechnologie für die sichere und standardisierte Datenkommunikation in intelligenten Energienetzen. Das Produkt portfolio umfasst unter anderem Smart-Meter-Gateways (SMGWs) und Controllable Local System (CLS)-Adapter, die als Steuerungseinrichtung zur netzorientierten Steuerung gemäß § 14a EnWG und § 9 EEG eingesetzt werden und eine performante Anwendungsplattform für Mehrwertdienste bieten. Ziel dieses Innovationstandems ist es, eine innovative Mehrwertanwendung auf dem CLS-Adapter im Bereich Ambient Assisted Living zu konzeptionieren, zu entwickeln und zu erproben. Dafür sind folgende Voraussetzungen gegeben und zu beachten, die für alle Leistungspakete 1 bis 5 (vgl. Kapitel 2.5.1 bis 2.5.5) gelten: 1. Bei der Konzeption, Entwicklung und Erprobung der Mehrwertanwendung sind zwei zentrale Schnittstellen und Datenquellen einzubeziehen: (1) die HAN-API des SMGWs gemäß BSI TR 03109-1 Version 2.0 zur Nutzung von Daten im Bereich Strom sowie (2) die wMBus-Schnitt stelle des CLS-Adapters (auch bezeichnet als: „Submetering-Funktion des CLS-Adapters“). Die HAN-API unter (1) ermöglicht es, dass Daten aus dem SMGW lokal über den entsprechen den Ethernet Port am SMGW ausgelesen und auf dem CLS-Adapter eingespielt werden („phy sische Schnittstelle“). Die wMBus-Schnittstelle unter (2) ermöglicht das lokale Einsammeln und Übertragen von Messdaten aus Zählern anderer Sparten (z. B. Gas, Wasser) oder Unter messungen (z. B. Heizkostenverteiler, Rauchwarnmelder, Bewegungsmelder) an den CLS Adapter. 2. Performante Edge Hardware (1.8 GHz Prozessor, 512 MB RAM, 8 GB Flash) [Performance des CLS-Adapters] 3. Bei der Konzeption und Umsetzung der Mehrwertanwendung sind stets die aktuellen regula torischen Rahmenbedingungen der SMGW-Infrastruktur sowie die einschlägigen daten schutzrechtlichen Anforderungen zu berücksichtigen. 4. Die Mehrwertanwendung muss einen Mehrwert für Endkundinnen und Endkunden liefern.