Die Windenergie liefert bereits heute einen bedeutenden Beitrag zum Strommix in Deutschland und wird eine der tragenden Säulen des Energiesystems sein. Damit die Energiewende gelingen kann, sind bei allen erneuerbaren Energien weitere Reduktionen der Stromgestehungskosten (LCoE) notwendig. In den vergangenen Jahren haben technologische Entwicklungen in der Anlagenauslegung, der Regelung und der Vorhersage der Windressource bereits zu signifikanten Reduktionen der LCoE geführt. Dabei spielt der Trend zu immer größeren Windenergieanlagen und Windparks, insbesondere auf See, eine wichtige Rolle. Hieraus ergeben sich enorme Herausforderungen für die zukünftigen Entwicklungen im Bereich der Anlagenauslegung, der Betriebsführung und der Netzeinspeisung. Numerische Strömungssimulationen und insbesondere die skalenübergreifende Modellierung und die gekoppelte Betrachtung multiphysikalischer Prozesse sind hier besonders relevant. In diesem Vorhaben werden skalenübergreifende Ansätze im Bereich mesoskaliger und mikroskaliger Simulation für die Standortbewertung, die Berechnung der Windressource und die Anlagenauslegung untersucht und erweitert. Dabei werden einerseits meteorologische, aeroelastische, ozeanografische und Wellenmodelle in einer Simulationsumgebung miteinander gekoppelt und anderseits werden die Modelle durch Machine Learning Methoden ergänzt, um sehr detaillierte und damit rechenaufwändige Simulationen zu beschleunigen und ihre Präzision zu verbessern. Die gekoppelten Methoden werden im Vorhaben zur Entwicklung neuartiger adaptiver Windparkregler eingesetzt und für die verbesserte Beschreibung der Dynamik von Lasten erprobt. Darüber hinaus werden neue Simulationsansätze höherer Ordnung für die Windenergieanwendung erforscht, die eine weitere Rechenzeitoptimierung versprechen. Um die aufwendigen numerischen Untersuchungen in diesem Vorhaben zu ermöglichen, soll ein Hochleistungsrechner der neuesten Generation an der Universität Oldenburg erweitert werden.
Die Dekarbonisierung des Energiesystems ist eine große und komplexe Herausforderung. Im Rahmen eines gesamtheitlichen, sektorenübergreifenden Ansatz soll das Vorhaben im Rahmen des Energieparks Herzogenrath (EPH) erforschen, wie die dynamische Vernetzung unterschiedlicher Akteure auf Erzeugungs- und Verbrauchsseite realisiert werden kann. Hierzu soll ein zentrales Energiemanagementkonzept entwickelt werden, in dem die Informationen dezentraler Knoten zusammenlaufen und wo mit Hilfe künstlicher Intelligenz Prognosen für einen möglichst kosteneffizienten, systemdienlichen und Emissionsarmen Betrieb abgebildet werden können. Hierzu wird ein Prototypensystem entwickelt, das auf Basis von IOT-Edge-Devices Daten im verteilten System erfassen und zentral zusammenführen kann. Hierbei werden autonome und teil-autonome Betriebsmodi erforscht. Zur Realisierung soll ein digitaler Zwilling der Systemkomponenten, eines Kommunalen Verbrauchers, industrieller Betriebe und lokaler Erzeuger sowie Mobilitätsinfrastruktur entwickelt werden, auf dem Algorithmische Strategien abgebildet werden können, die es erlauben zentrale Synergiepotenziale zusammenzufassen und durch verschiedene Marktkanäle gezielt zu erschließen. Hierdurch soll ein optimaler Betrieb einer CO2-freien Stadt realitätsnah und mit hohem Detailgrad demonstriert werden und eine reale Umsetzung für die Kommune vorbereitet werden. Auf Basis der Szenariountersuchung sollen die gewonnen Erkenntnisse als Blaupause für die Dekarbonisierung in weiteren Kommunen dienen.
Im Technology Collaboration Programme (TCP) Energy Storage der Internationalen Energieagentur (IEA) wird eine Arbeitsgruppe (Task) mit dem Titel 'Economics of Energy Storage - EcoEneSto' implementiert. Das übergeordnete Ziel des Tasks ist es, folgende Fragen zu beantworten: Was ist der Wert von Energiespeichern in vielversprechenden Anwendungen und wie kann dieser quantifiziert werden? Wie können der Nutzen und der Wert von Energiespeichern in aussichtsreiche Geschäftsmodelle umgesetzt werden? Im Zuge des Tasks soll eine koordinierte Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern in allen für das Energiesystem relevanten Anwendungen (zentrale/dezentrale Speicher; alle Sektoren: Elektrizität, Heizen/Kühlen, Mobilität) durchgeführt werden. Dabei sollen verschiedene methodische Ansätze und alle Energiespeichertechnologien (elektrisch, thermisch, chemisch) berücksichtigt werden. Grundlage ist eine Bestandsaufnahme wirtschaftlich interessanter Energiespeicherkonfigurationen und die Ableitung bevorzugter technischer sowie nicht-technischer Bedingungen für den Energiespeicherbetrieb in konkreten Anwendungen. Zur Validierung der Ergebnisse des Tasks soll die Wirtschaftlichkeit von Energiespeicheranwendungen in Quartier-Energiesystemen untersucht werden, da diese die Komplexität der Vernetzung aus Elektrizitäts- und Wärmeversorgung, Systemintegration und Mobilitätsbedürfnissen realitätsnah abbilden. Der Bundesverband Energiespeicher Systeme e. V. (BVES) wird den Task EcoEneSto leiten (Task Manager). Aufgabe des ZAE Bayern ist es, eine Untergruppe (Subtask) zur Untersuchung der akzeptablen Kosten von Energiespeichern auf Basis der Randbedingungen energierelevanter Anwendungen zu leiten.
Das Hauptziel von Annex 7 ist die Untersuchung des institutionellen Wandels im Zusammenhang mit der Einführung intelligenter Stromnetze. Annex 7 soll eine internationale, koordinierte, transdisziplinäre Forschungstätigkeit anstoßen, die technologieorientierte Smart-Grid-Aktivitäten unterstützt. Annex 7 soll auch Informationen und Wissen aus den Bereichen Innovationsstudien, Politikwissenschaften, institutionelle Ökonomie, Soziologie und Energierecht sammeln und für politische Entscheidungsträger und andere Interessengruppen greifbar machen. Annex 7 zielt insbesondere darauf ab, die politischen Entscheidungsträger im Bereich der intelligenten Netze zu unterstützen, indem er sich auf die Richtung, Wirksamkeit und Effizienz der Transformation zu einem Energiesystem basierend auf erneuerbaren Energien konzentriert. Um andere ISGAN-Anhänge zu ergänzen, stehen nicht-technische Aspekte und Rahmenbedingungen, die der Einführung von Smart Grids förderlich sind, im Mittelpunkt, indem gesellschaftliche Bedürfnisse, politische Steuerung, Politik, regulatorische Aspekte und menschliches Verhalten unter Berücksichtigung der unterschiedlichen institutionellen Strukturen und Steuerungstraditionen der ISGAN-Länder behandelt werden.