IC4CES

Innovationscluster für Kognitive Energiesysteme – die Energiewirtschaft als Leitsektor für Künstliche Intelligenz

Ziel von IC4CES ist es, die Energiewirtschaft zu einem Leitsektor für die Anwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) zu machen. Dabei soll das Energiesystem mit seinen Komponenten durch KI intelligent gemacht werden, sodass es automatisiert und proaktiv auf neue Situationen reagieren kann.

Eine moderne Leitwarte mit einer Vielzahl von Monitoren, welche verschiedene Informationen eines Energiesystems darstellt. Die Leitwarte wird von einer Person überwacht, die durch KI gestützte Systeme komplexe Situationen beherrschen kann.
Leitwarte zur Überwachung Kognitiver Energiesysteme, © IC4CES

Warum „Zukunftscluster-Finalist“?

In der 2. Wettbewerbsrunde wurden im Februar 2021 aus 117 eingereichten Skizzen 15 Zukunftscluster-Finalisten ausgewählt, die in einer sechsmonatigen Konzeptionsphase ihre Clusterstrategie entwickeln sollen. Mitte 2022 wird eine unabhängige Jury schließlich jene Zukunftscluster auswählen, die ihre Strategien in der ersten dreijährigen Umsetzungsphase verwirklichen können.

Hintergrundinformationen zu IC4CES

Mit den folgenden Texten stellt sich der Zukunftscluster-Finalist persönlich vor.

IC4CES versteht sich als regionaler Innovationscluster für Kognitive Energiesysteme, der die schnell voranschreitende Energiesystemtransformation durch Innovationen ermöglichen will. Dabei wird der Innovationssprung sein, KI nicht nur für Entwicklung und Betrieb des Energiesystems zu nutzen, sondern das System selbst mit Methoden der KI intelligent zu machen. So kann es hochgradig automatisiert und mitunter sogar proaktiv auf neue Situationen reagieren. Überall dort, wo dezentrale, verteilte Komponenten des Energiesystems miteinander agieren und kommunizieren, kann durch die Anwendung von KI ein "höheres Bewusstsein" im technischen Sinne entstehen.

In IC4CES sollen die Schwankungen der Stromproduktion einerseits und des Strombedarfs andererseits in Einklang gebracht werden. Aber auch sektorenübergreifend (Strom, Gas, Wärme) und unter Berücksichtigung von Kopplungen und gegenseitigen Abhängigkeiten soll ein KI gestütztes, proaktives Komplexitätsmanagement zwischen der Vielzahl an Akteuren (Produzenten, Konsumenten, Prosumer) vermitteln und beispielsweise Blackouts verhindern. IC4CES fokussiert sich dabei auf Energiesystemtechnik, Energienetze und Energiewirtschaft.

Durch den Aufbau des Zukunftsclusters sollen ab 2023 die Weichen gestellt werden, Kompetenzbereiche in der Region Nordhessen/Südniedersachsen zu bündeln, ein lebendiges und aktives Netzwerk verschiedenster Akteure zu installieren und so ein wirkungsvolles Innovationsökosystem mit Transfermechanismen zwischen Forschung und Anwendung zu etablieren. Durch ein frühes Einbinden von Gesellschaft und Politik kann die Akzeptanz von KI in kritischer Infrastruktur in der Gesellschaft gefördert werden. Mit der Realisierung einer Forschungs- und Entwicklungsplattform werden die Akteure eine gemeinsame technologische Infrastruktur für Forschung, Entwicklung, Lehre und Weiterbildung realisieren, die den produktiven Austausch befördert. Die Verständlichkeit des Entwicklungsprozesses und der entwickelten Lösungen sollen das Vertrauen in KI-Anwendungen im Energiesystem stärken.

Um neuartige Kognitive Energiesysteme zu realisieren, müssen aktuelle grundlegende Forschungsergebnisse zur Künstlichen Intelligenz (KI, inkl. Datenanalyse und Maschinelles Lernen/ML), insbesondere aus den Bereichen selbstorganisierender und selbstoptimierender Systeme sowie autonomes Lernen in technischen Systemen, zusammengebracht werden mit Ergebnissen aus dem Bereich der Planung, des Betriebs und des Managements von Komponenten des Energiesystems, Netzen und wirtschaftlichen Prozessen.

Grundlegende KI-Forschung beschäftigt sich u. a. mit der Frage, wie Systeme „intelligent“ werden können, sodass sie sich zur Laufzeit selbständig auf neue Situationen und Aufgaben einstellen können. Organic Computing Ansätze können hier Lösungen anbieten, die nach dem Prinzip von „Selbst-Eigenschaften“ arbeiten. Solche Systeme können aus einer großen Menge von Subsystemen bestehen, so wie es z. B. auch unsere Energienetze sind. In zukünftigen Energiesystemen sind verschiedenste „Selbst-Eigenschaften“ relevant, um trotz einer starken Dezentralität eine hohe Resilienz sicherzustellen. Dazu müssen sich diese Energiesysteme der Zukunft über ihre eigenen Fähigkeiten und Defizite „bewusst sein“.

Aktuelle Forschung zu KI in Energiesystemen beschäftigt sich im Besonderen mit der Planung und dem Betrieb von Energienetzen, Komponenten der Energiesystemtechnik sowie von energiewirtschaftlichen Prozessen. Beispiele hierfür sind Netzzustandsschätzung, Leistungsflussberechnungen und Lastflussprognose (Energienetze), Predictive Maintenance, Anomalie-Erkennung, Erzeugungs- und Lastprognosen (Energiesystemtechnik) sowie agentenbasiertes Energiemanagement, Energiehandel und Marktzustandsprognosen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von selbstheilenden und resilienten, also abwehrstarken Eigenschaften für solche Systeme.

 In der Konzeptionsphase liegt der Fokus auf der Entwicklung der Clusterstrategie und der Schaffung einer nachhaltigen Organisationsstruktur für IC4CES. Der Schwerpunkt wird auf die Konzipierung der zentralen Entwicklungsplattform DP4CES (Development Platform) gelegt. In der Ausarbeitung des rahmengebenden Ökosystems IE4CES (Innovation Ecosystem) werden vorhandene Potenziale identifiziert und neue Akteure in den Zukunftscluster eingebunden. Die Planung des Transferzentrums TC4CES (Transfer Center) gewährleistet eine starke Vernetzung der Wirtschaft mit der Wissenschaft, der Gesellschaft sowie der Politik und stellt die langfristige Etablierung des Clusters im Bereich der kognitiven Energiesysteme sicher.

Die Universität Kassel, das Fraunhofer IEE, die Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen sowie das Energie-Forschungszentrum Niedersachsen arbeiten als Kernmitglieder des Zukunftscluster-Finalisten mit Akteuren aus der KI- und Energiebranche zusammen und sind über Forschungsnetzwerke aus Hessen und Niedersachsen mit Stakeholdern und Interessenten eng vernetzt. IC4CES wird von einem zentralen Projektteam um dem Sprecher Prof. Dr. Bernhard Sick koordiniert.

Auf einen Blick
  • Projektlaufzeit: 01.10.2021 bis 31.03.2021
  • Zuwendung des Verbundes: 244.933 € (inkl. Projektpauschale)
  • Zuwendungsempfänger: Universität Kassel, Fachgebiete IES sowie e²n; Fraunhofer IEE; GWDG; EFZN

Kognitive Energiesysteme sind ein wichtiger Bestandteil der Energiewende, indem sie die wachsende Komplexität in dezentralen Energiesystemen beherrschbar machen und dadurch eine klimaneutrale und gleichzeitig zuverlässige Energieversorgung ermöglichen. Entsprechend trägt IC4CES im Handlungsfeld 1 zum Thema „Nachhaltigkeit, Klimaschutz und Energie“ direkt bei. Kognitive Energiesysteme sollen dabei resiliente Eigenschaften aufweisen, da sie im Bereich der kritischen Infrastruktur aktiv sein sollen. Entsprechend adressiert IC4CES auch das Thema „Sicherheit“ mit den Aspekten „Zivile Sicherheit“ und „IT-Sicherheit“.

IC4CES hat sich zur Aufgabe gemacht, das Energiesystem und die Energieversorgung neu zu denken. Hierfür sind neben einer neuen technischen Basis auch neue Kompetenzen und Fähigkeiten der Fachkräfte im Energiesektor notwendig. Entsprechend schafft IC4CES durch den Aufbau einer Entwicklungsplattform die technologische Basis und entwickelt durch einen gezielten und maßgeschneiderten Wissenstransfer die notwendigen Fachkräfte. Dadurch adressiert IC4CES im Handlungsfeld 2 die Themen „Technologische Basis“ und „Fachkräftebasis“.

Innovation beginnt immer mit Ideen und führt durch deren Weiterentwicklung, Verbesserung, Anpassung und Verknüpfung mit anderen Ideen im Idealfall zu einer nutzbringenden Anwendung. IC4CES hat sich zum Ziel gesetzt, ein Innovationsökosystem zu entwickeln, in dem Innovationen entstehen und zur Marktreife gebracht werden können. Dadurch soll ein neuer Markt entstehen, der wiederum neue Innovationen hervorruft. Entsprechend adressiert IC4CES im Handlungsfeld 3 die Themen „Wissen zur Wirkung bringen“ und „Wissens- und Innovationsnetzwerke nutzen“.