Mehr Solaranalgen und Wärmepumpen: Kann Künstliche Intelligenz die Stromversorgung unterstützen?

Forschungsprojekt an der HTWG untersucht Beitrag von KI für die Netzstabilität – Forscher diskutieren bei Symposium – Besondere Aktualität durch erhöhten Strombedarf und vermehrter dezentraler Einspeisung

Der Ausbau der erneuerbaren Energien einerseits sowie der erhöhte Strombedarf privater Haushalte beispielsweise durch die Umstellung auf Elektroautos oder Wärmepumpen andererseits stellt das Stromnetz vor Herausforderungen: Solar- und Windenergie speisen Strom sehr unregelmäßig ein, während der Energiebedarf vor allem in den Städten steigt. Dennoch können neue flexible Verbraucher, wie Elektroladesäulen und Wärmepumpen, im Zusammenspiel mit den schwankenden regenerativen Erzeugern zur Lösung für die Energiewende werden - durch eine intelligente Netzsteuerung.

Ein Team von Wissenschaftlern forscht an der HTWG Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung dazu, wie Algorithmen basierend auf künstlicher Intelligenz (KI) die Planung und Betriebsführung von Stromnetzen auf Verteilnetzebene und von Microgrids („Inselnetzen“) unterstützen können. Ziel ist, die für die Energiewende benötigten Erzeuger und Verbraucher in Zukunft mittels intelligenter Netzbetriebsführung effizient in das Mittel- und Niederspannungsnetz zu integrieren. „So wird eine bessere Synchronisierung von Energiemengen und Netzkapazitäten erreicht“, sagt Prof. Dr. Gunnar Schubert, Vizepräsident Forschung, Transfer und Nachhaltigkeit der HTWG sowie Leiter des Forschungsprojekts. Das bestehende Netz könne damit optimal ausgelastet werden, mögliche Kosten für einen anderenfalls notwendigen Netzausbau könnten verringert oder gar vermieden werden.

Rund 100 Teilnehmer zählte ein Symposium, zu dem die Konstanzer Forscher Vertreter aus Hochschulen, Forschungsinstituten, von Netzbetreibern, Verbänden und Komponentenherstellern eingeladen hatten. „Das große Interesse an der Tagung unterstreicht die Notwendigkeit, Methoden des maschinellen Lernens einzusetzen, um die Verteilnetze intelligent zu regeln“, sagt Prof. Gunnar Schubert. Teilnehmer aus dem gesamten Bundesgebiet und aus Nachbarländern wie den Niederlanden diskutierten über Betriebsführung von Verteilnetzen, Netzplanung, Vorhersagen, Smart Metering, Datenerhebung und Reallaborbeispiele für sektorkoppelnde Systeme zum Beispiel in sogenannten „smarten Quartieren“.

Das Forschungsprojekt der HTWG mit dem Namen „KI-basierte Planung und Betriebsführung von Verteilnetzen und Microgrids zur optimalen Integration regenerativer Erzeuger und fluktuierender Lasten im Rahmen der Energiewende“ bzw. kurz „AI4Grids“ wird mit 2.530.830 Euro vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) im Rahmen der Förderinitiative „KI-Leuchttürme“ gefördert. Neben der HTWG arbeiten das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das International Solar Energy Research Center Konstanz e.V. (ISC Konstanz), die Stadtwerk am See GmbH & Co. KG sowie die Energiedienst AG mit. Auf die HTWG alleine entfällt eine Fördersumme von 670.000 Euro.

Bis zur Beantragung des Projekts hatten in Deutschland nur wenige Veranstaltung wie das jüngste Symposium mit dem transdisziplinären Ansatz stattgefunden. Die Teilnehmer nutzten die Veranstaltung für lebendige Diskussionen und konstruktiven Erfahrungsaustausch – sowohl in Präsenz auf dem Campus der HTWG als auch online. „Wir haben inspirierende Vorträge zur Umsetzung der Energiewende auf Verteilnetzebene mit Hilfe von KI gehört und viel diskutiert“, sagt Manuela Linke, akademische Mitarbeiterin im Projekt. „Neben den wissenschaftlichen Fortschritten bei Betriebssteuerung, Prognose und Planung ging es auch um die Datenerhebung und Netzsteuerung sowie um die Akzeptanz von KI-Lösungen bei Nutzern, was eine sehr wichtige Voraussetzung bei der Realisierung ist“, sagt Prof. Dr. Gunnar Schubert. Der Weg zur Umsetzung der Forschungsergebnisse sei noch lang, aber das Symposium habe gezeigt, dass man gemeinsam auf einem guten Weg sei.

Das Forscherteam der HTWG will zum Abschluss des Projekts nochmals zu einer Tagung einladen. Weitere Informationen auf der Website Über-ai4grids