Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

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Fortschrittsbericht zur Digitalisierung des Energiesystems

2024 , Bergsträßer, Jonathan , Berkhout, Volker , Klaiber, Stefan , Klobasa, Marian , Kohrs, Robert , Linnartz, Philipp , Naumann, Steffi , Nicolai, Steffen , Schmidt, Dietrich , Welisch, Marijke , Wende-von Berg, Sebastian , Wickert, Manuel , Wille-Haußmann, Bernhard

Die Digitalisierung ist ein hochgradig relevanter Schlüsselprozess für die Energiesystemtransformation - Details dazu hat der Fraunhofer Exzellenzcluster CINES im Jahr 2022 erforscht und in 14 Thesen zusammengefasst. In 2023 wurden in Zusammenarbeit mit Praxispartner:innen aus der Energiewirtschaft politische und regulatorischen Änderungen in der digitalen Energiewirtschaft analysiert und ausgewertet. Der Fortschrittsbericht zeigt die Fortschritte der Digitalisierung auf und erörtert Handlungsbedarfe und Weiterentwicklungspotenziale. Wichtige Erkenntnisse sind: Positive Fortschritte gibt es u.a. durch gesetzliche und regulatorische Neuerungen wie beispielsweise beim §14a EnWG oder dem Gesetz zum Neustart der Digitalisierung der Energiewende (GNDEW). Es mangelt an einem integrativen Zielbild - ein solches kann für mehr Klarheit und Orientierung bei der Digitalisierung des Energiesystems in Deutschland und Europa sorgen. Um Lücken, Handlungsbedarfe und positiven Fortschritt besser zu erkennen, erfordert es ein gemeinsames Verständnis für die Orientierung und Ausrichtung auf die Digitalisierung. Dafür ist es unter anderem notwendig ein handlungsanleitendes Zukunftsbild zu schaffen, die kommunikative Übersetzung und die Verständlichkeit von regulatorischen Änderungen zu verbessern, Kompetenzen für technologische Lösungen, bspw. für notwendige Cyberresilienz und kritischen Infrastrukturen, aufzubauen und Investitionen zu tätigen, um mehr finanzielle Mittel für die Digitalisierung der Energiesystemtransformation zur Verfügung zu haben.

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Systemanalytische Untersuchungen zur Evaluierung der Rolle von EE-Methan

2022 , Wietschel, Martin , Oberle, Stella , Akca Subasi, Melek , Speth, Daniel , Lux, Benjamin , Scherrer, Aline , Kunze, Robert , Köppel, Wolfgang , Vayas, Louis , Zubair, Asif , Gnann, Till , Burghard, Uta , Pfluger, Benjamin , Steyer, Nico , Erler, Ronny , Monsalve, Cristian , Pemsel, Jonas , Lozanovski, Aleksandar

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Kleinwasserkraftwerke: Bewertung des Klimaschutzpotenzials und Verbesserung durch Intelligente Technologien. Schlussbericht zum FuE-Verbundvorhaben HAPPI

2018 , Rauschenbach, Thomas

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Opportunities and challenges of high renewable energy deployment and electricity exchange for North Africa and Europe - scenarios for power sector and transmission infrastructure in 2030 and 2050

2016 , Boie, Inga , Kost, Christoph , Bohn, Sven , Agsten, Michael , Bretschneider, Peter , Snigovyi, Oleksandr , Pudlik, Martin , Ragwitz, Mario , Schlegl, Thomas , Westermann, Dirk

Climate change and limited availability of fossil fuel reserves stress both the importance of deploying renewable energy sources (RES) for electricity generation and the need for a stronger integration of regional electricity markets. This analysis focuses on North African (NA) countries, which possess vast resources of renewable energy but whose electricity supply is still largely dependent on fossil fuels. An analysis of cost-optimized deployment scenarios for RES is conducted in five NA countries in 2030 and 2050. Three electricity models are combined to derive results covering trans-regional to sub-national level, including a detailed analysis of grid capacities and future transmission challenges. Further, opportunities for integration of European and NA electricity markets are evaluated. Results confirm that, by 2050, high RES shares - close to 100% - are possible in NA. Wind energy is the dominant technology. Concentrated Solar Power (CSP) plants also play an important role with rising RES shares due to the possibility to store thermal energy. Electricity exports to Europe gain particular importance in the period after 2030. Substantial transmission grid reinforcements on AC-level and the construction of a high voltage DC overlay grid are prerequisites for the forecasted scenarios.

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Vor-Ort-Systeme als flexibler Baustein im Energiesystem

2023-01 , Flemming, Sebastian , Bender, Tom , Surmann, Arne , Pelka, Sabine , Martin, Arne , Kühnbach, Matthias

Im Rahmen der Kurzstudie werden verschiedene Szenarien für den Einsatz von Flexibilitätsoptionen in Verbindung mit unterschiedlichen Ansätzen zur Quartiersbetriebsführung am Beispiel eines konkreten Wohnquartiers untersucht und ausgewertet. Jedes der Szenarien verfolgt die Zielstellung der Steigerung des lokalen EE-Eigenverbrauchs und -versorgung im Quartier. Die Szenarienunterschiede resultieren aus der Frage, welche Flexibilitätsoptionen (Elektromobilität, Wärmepumpen, Energiespeicher) genutzt und wann sie zeitlich in welcher Ausprägung zum Einsatz kommen. Im Rahmen einer KPI-gestützten Auswertung erfolgt zusätzlich die Betrachtung, wie das Quartier für das vorgelagerte Energiesystem in Erscheinung tritt. Die Studie fokussiert sich hierbei auf die technische Quantifizierung der Möglichkeiten zur Nutzung von energetischen Flexibilitätspotenzialen und die aus dem Betrieb resultierenden Auswirkungen für das Quartier und auf das vorgelagerte Energiesystem. Darüber hinaus erfolgt eine sozialwissenschaftliche Betrachtung hinsichtlich der Akzeptanzsteigerung im Quartier.

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Digitalisierung des Energiesystems - 14 Thesen zum Erfolg

2022 , Bergsträßer, Jonathan , Gkoktsis, George , Hirsch, Tilo , Klaiber, Stefan , Klobasa, Marian , Kohrs, Robert , Lauer, Hagen , Nicolai, Steffen , Offergeld, Thomas , Rülicke, Linda , Schmidt, Dietrich , Warweg, Oliver , Welisch, Marijke , Wende-von Berg, Sebastian , Werner, Daniel , Wickert, Manuel

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SecurePLUGandWORK. Abschlussbericht

2017 , Schleipen, Miriam , Henßen, Robert , Bischoff, Tino , Pfrommer, Julius , Sauer, Olaf , Schneider, Daniel , Jungbluth, Florian , Flatt, Holger , Barton, David , Fleischer, Jürgen , Bollhöfer, Esther , Moll, Cornelius , Lindauer, Jochen , Davis, Ralph , Baron, Heiko , Danner, Thomas , Hillerich, Thomas , Schmuck, Christian , Blume, Marco , Finster, Sören , Fechner, Andreas , Tschepat, Roman , Kazakov, Dmitry , Kühbauch, Reinhard , Klöblen, Wolfgang , Sproll, Dietmar , Fellhauer, Bruno , Osswald, Dirk , Sauer, Olaf

Ausgangssituation Industrie 4.0 umfasst unter anderem intelligente Anlagenkomponenten, Maschinen und Anlagen sowie IT-Systeme, die miteinander vernetzt und über die relevanten 'Partner' mit ihren Fähigkeiten informiert sind. Bei einem Neuaufbau oder Umbau von Anlagen, Maschinen und Komponenten können alle Partner auf die Veränderung entsprechend reagieren. Änderungen sind beispielsweise in der eingebetteten Software der Feldgeräte, im Programmcode der Steuerungen, aber auch in überlagerten IT-Systemen wie bspw. MES nötig. Motivation Diese Veränderungen werden heute häu?g manuell durchgeführt und sind daher zeitintensiv und fehleranfällig. Im Rahmen von Industrie 4.0 sollen die Änderungen (teil-)automatisiert ablaufen, ähnlich wie bei einer USB-Schnittstelle und USB-Geräten am PC. Die Situation im Umfeld der Produktion ist allerdings erheblich komplexer. Alle Änderungen sollen »secure« erfolgen. SecurePLUGandWORK betrachtet verschiedene Anwendungsszenarien auf unterschiedlichen Hierarchie- und Komplexitätsebenen: · Anwendungsszenario Integration Komponente - Maschine (z. B. Kugelgewindetrieb wird in Werkzeugmaschine integriert) - Werkzeugmaschine - Spindel - Mehrspindelkopf - Kugelgewindetrieb · Anwendungsszenario Integration Maschine - Anlage (z. B. Einzelmodule werden zu Waschmaschine vereinigt) - Waschmaschinen - Greifer - Werkzeugmagazin Ziel Das Projekt ermöglicht die Plug-and-Work-Fähigkeit in den produktionsnahen Softwarekomponenten durchgängig über die verschiedenen Ebenen der Fertigungshierarchie. Dies geschieht unter Nutzung offener Standards, die bereits heute in der Industrie eingesetzt werden. Unter anderem sollen Maschinen und Anlagen so schneller in Betrieb genommen werden. In der SecurePLUGandWORK-Architektur werden auch nicht-I4.0-kommunikationsfähige Komponenten mit I4.0-Eigenschaften ausgestattet. Diese Funktionalität wird mit im Projekt entwickelter Software basierend auf den Standards OPC UA und AutomationML, sowie Hardware in Form eines Produktgedächtnisses nachgerüstet.

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Utilizing Flexibility Potentials in Local Energy Systems

2023 , Bender, Tom , Flemming, Sebastian , Surmann, Arne , Pelka, Sabine , Martin, Arne , Klaiber, Stefan , Kühnbach, Matthias

In this paper, potentials and possible effects of utilizing flexibility in local energy systems are examined on the basis of a real residential district in Bochum, Germany. The district provides heat pumps, heat storages, battery storages (in combination with a photovoltaic system) and charging points for electric vehicles as possible flexibility options. Based on the installed plant technology and the cross-sectoral energy requirements of the district, various scenarios were developed that differ in terms of possible operation management approaches and flexibility use. These scenarios include a non-managed district operation, a rule-based district operation, and a cross-sectoral optimization of the district energy system with the goal of maximizing the self-consumption of renewable energy. For more detailed considerations, additional sub-scenarios were defined which, for example, represent the possibility of a grid-compatible operation. To compare the different scenarios, the district energy system was implemented in a model and simulated for the representative period of one calendar year. The simulations were evaluated by using several key performance indicators (KPIs), such as CO2 reduction, renewable energy self-consumption ratio, or renewable energy self-supply ratio.

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Auswirkungen der Coronapandemie auf die Entwicklung von Kommunen und Landkreisen in Deutschland

2021 , Ottendörfer, Eva , Bieker, Susanne , Kaiser, Urban , Frieling, Hendrik , Gölz, Sebastian , Neumann, Marcel , Guckenbiehl, Pascal , Henze-Sakowsky, Annika , Schmitt, Anna , Richter, Christine , Pollmer, Uta

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Fraunhofer Zukunftsthemen "SUPERGRID". Supergrid - Ansatz für die Integration von Erneuerbaren Energien in Europa und Nordafrika

2016 , Platzer, Werner , Boie, Inga , Ragwitz, Mario , Kost, Christoph , Thoma, Jürgen , Vogel, Axel , Fluri, Thomas , Pfeiffer, Wulf , Burmeister, Frank , Tham, Nils , Pudlik, Martin , Bohn, Sven , Agsten, Michael , Bretschneider, Peter , Westermann, Dirk , Kranzer, Dirk , Schlegl, Thomas

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