Die Energiewende und die zunehmende Sektorkopplung stellen die Energiesystemforschung vor große Herausforderungen. Digitalisierungsprozesse erleichtern den Wandel hin zu cyber-physischen Energiesystemen (CPES) in vielerlei Hinsicht und wirken sich auf technische, soziale und gesellschaftliche Aspekte, aber auch auf den Forschungsprozess selbst aus. Forschung zu CPES stützt sich in hohem Maße auf modell- und (co-) simulationsbasierte Ansätze. Hierbei stellt die Nachverfolgung von Daten und Modellen eine komplexe Herausforderung dar, die in jedem Forschungsprojekt neu bearbeitet werden muss.

Zusätzlich zeichnet sich die Energiesystemforschung dadurch aus, dass sowohl Industriepartner als auch die Gesellschaft mit unterschiedlichen relevanten Gruppen eingebunden werden muss. Die zusätzlichen Stakeholder steigern die Komplexität des Umgangs mit Daten und Modellen noch weiter.

Um Forschende bei diesen komplexen Herausforderungen zu unterstützen, greift NFDI4Energy bestehende FDM-Ansätze, die unter anderem in anderen NFDI-Konsortien entwickelt werden, auf und passt diese an die Bedürfnisse der eigenen Forschungscommunity an.

Use Cases

1. In der Energiesystemforschung werden häufig Simulation der realen Welt mit Hilfe von Laboren durchgeführt. Diese Labore werden dabei oft mit Software-Modellen gekoppelt, für Hardware- und Software-in-the-Loop-Simulation. NFDI4Energy unterstützt Forscher:innen dabei mittels semantischer Beschreibungen passende Modelle und Labore zu finden und zu verbinden. Mit dem Simulationsdienst wird NFDI4Energy Forscher:innen ermöglichen, die verschiedenen Forschungsartefakte einfach zu koppeln, um neue Forschungsfragen auf der Grundlage qualitätsgesicherter Eingangsdaten zu beantworten.

2. Seit der letzten Aktualisierung des deutschen Klimaschutzgesetzes, das nun das Ziel vorgibt, bis 2045 klimaneutral zu werden, haben mehrere größere Energiesystemstudien ihre umfangreichen Ergebnisse veröffentlicht, und es wird erwartet, dass in den kommenden Monaten und Jahren noch mehr Studienergebnisse veröffentlicht werden. Da jede Studie einen anderen Ansatz verfolgt, ist es schwierig, die Ergebnisse quantitativ zu vergleichen und allgemeine Schlussfolgerungen über Konsens und Kontroversen in den Ergebnissen zu ziehen. Die Dienste von NFDI4Energy sollen einfaches Vergleichen der Ausgangsdaten und Ergebnisse der verschiedenen Studien ermöglichen. Schlüsselaspekte sollen visualisiert werden, um sie den politischen Entscheidungsträger:innen und anderen interessierten Akteuren intuitiv zugänglich zu machen. Angesichts der Notwendigkeit, unsere Energiesysteme rasch umzugestalten, sind diese leicht zugänglichen und verständlichen Informationen von hoher praktischer Relevanz.

3. Aufgrund der zunehmenden Integration erneuerbarer Energien ist die digitale Interaktion und Koordination zwischen allen Akteuren im Energiesystem erforderlich, um die hohe Volatilität der Erzeugung und des Verbrauchs auf allen Netzebenen effizient zu bewältigen. Flexibilitäten können z.B. durch Marktmechanismen angereizt werden, was eine engere Zusammenarbeit zwischen Netzbetreibern und privaten Akteuren, die Flexibilitätsoptionen auf niedrigeren Spannungsebenen anbieten können, erfordert. Selbstorganisation durch autonome Systeme, die durch Software-Agenten repräsentiert werden, sind die Grundlage für adaptive und selbstheilende Systeme, insbesondere in zukünftigen Anwendungsbereichen wie Redispatch auf der Grundlage von Marktprinzipien. Die Forschung in diesem Bereich stützt sich auf Simulationen, verschiedene Datenquellen und eine gute Interaktion mit der Gesellschaft. Mit NFDI4Energy können Forscher:innen moderne Simulationsdienste nutzen, um bestehende Modelle zu koppeln und vorhandene Daten für ihre Forschung zu verwenden. NFDI4Energy wird darüber hinaus bewährte Verfahren zur Integration der Gesellschaft in die Forschung aufzeigen.