Digitale Forschungs- und Entwicklungsplattform für Energiebranche
Energieforschung zu bündeln und zu digitalisieren – dieses Ziel verfolgt das Zukunftslabor Energie. Die Wissenschaftler*innen entwickeln eine Plattform für die Vernetzung von Wissenschaft, Praxis und Öffentlichkeit. Die Plattform basiert auf vorhandenen Frameworks und Softwarelösungen sowie eigenen Programmierungen.
Die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors Energie erforschen zum einen, wie Digitalisierung den Umstieg von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energiequellen unterstützen kann. In diesem Zusammenhang erforschen sie Informations- und Kommunikationstechnologien, die die schwankende Energieerzeugung aus Sonne und Wind nutzbar und verlässlich machen. Zum anderen setzen sich die Wissenschaftler*innen für die Digitalisierung der Energieforschung selbst ein. Sie untersuchen, wie sie die Forschung mithilfe der Digitalisierung verbessern können. Dabei verfolgen sie drei Ziele: erstens die Vernetzung der Energieforschungskompetenzen in Niedersachsen, zweitens die Wiederverwendbarkeit von Forschungsdaten, Simulations- und Datenmodellen und drittens den Wissenstransfer zwischen Forschung und Praxis sowie den Austausch mit der interessierten Öffentlichkeit.
Um diese Ziele zu erreichen, entwickelten die Wissenschaftler*innen in den vergangenen Jahren eine prototypische Forschungs- und Entwicklungsplattform. Diese Plattform könnte perspektivisch von Forschenden im niedersächsischen Energiebereich, von Praxispartnern in der Energiewirtschaft sowie von interessierten Bürger*innen genutzt werden. Die Plattform beinhaltet fünf Elemente: Kompetenz (zur Darstellung fachlicher Expertise), Methoden (Best Practices erfolgreicher Methoden und Modelle), Repository (digitales Archiv nutzbarer Simulations- und Datenmodelle), Simulation (Veranschaulichung und Analyse digitalisierter Energiesysteme), Transparenz (Veröffentlichung von Forschungsergebnissen). Zudem stellt „Core“ die grundlegenden Funktionen der Plattform bereit (z. B. Serverstruktur, allgemeine Seiten, Datenschutz). Der vergangene Jahresbericht ging näher auf das Element „Kompetenz“ und die Grundlage „Core“ ein. In diesem Jahresbericht werden die Elemente „Repository“ und „Transparenz“ vorgestellt.
Repository
Das Element „Repository“ zielt darauf ab, Forschungsdaten, Simulations- und Datenmodelle wiederverwendbar zu machen. Die Erhebung von Forschungsdaten ist teilweise sehr zeitaufwendig und kostspielig, sodass sie für die Forschung sehr wertvoll sind. Indem Wissenschaftler*innen sich gegenseitig Zugang zu Forschungsdaten bieten, können viele zeitliche und finanzielle Ressourcen eingespart werden. Auch die Erstellung von Simulations- und Datenmodellen ist mitunter sehr arbeits- und zeitintensiv. Diese Modelle wiederzuverwenden ist ebenfalls sehr hilfreich innerhalb der Wissenschaft.
Die Forschungsdaten, Simulations- und Datenmodelle werden jedoch nicht direkt im Repository hochgeladen. Vielmehr werden sie dort übersichtlich beschrieben, sodass Interessent*innen wissen, worum es geht. Das Repository ist also ein digitales Archiv, das Aufschluss gibt über den Titel des Datensatzes/des Modells/der Simulation, die Entstehung (wie wurden die Daten erhoben?), die Art (um welche Daten handelt es sich?), Keywords (welche Themen beinhaltet der Datensatz?), Urheber (wer hat die Daten erhoben?) und die Aktualisierung (wann wurden die Daten zuletzt aktualisiert?).
Über einen Link gelangen die Nutzer*innen zum Speicherort der Daten, Simulationen und Modelle. Die Inhalte im Repository sollen möglichst Open Source angeboten werden, d. h. frei verfügbar und meistens kostenfrei nutzbar.
Transparenz
Das Element „Transparenz“ dient dazu, Forschungsergebnisse der interessierten Öffentlichkeit zugänglich zu machen und so die Transparenz der Forschung zu erhöhen. Nutzer*innen können vier Angebote wahrnehmen: Sie können Zusammenfassungen von wissenschaftlichen Veröffentlichungen (Article Summary) und von Forschungs- und Entwicklungsprojekten (Project Summaries) lesen. Zudem können sie sich in einem Forum austauschen und Fragen stellen (Forum). Professor*innen und Studierende haben die Möglichkeit, Lehrinhalte über die Plattform einzusehen (Educational Content). Die Inhalte können über eine Gesamtübersicht abgerufen werden oder über die zentrale Suchfunktion der Plattform.
Prototyp der Plattform
Um die Elemente der Plattform testen zu können, entwickelten die Wissenschaftler*innen einen Prototyp. Hierfür verschafften sie sich zunächst einen Überblick über vorhandene Frameworks, die sie für die technische Umsetzung der fünf Elemente nutzen können. Frameworks sind Sammlungen von Softwarekomponenten, die die Entwicklung neuer Anwendungen vereinfachen und in verschiedenen Kontexten wiederverwendet werden können. Nachdem sich die Wissenschaftler*innen den Überblick verschafft hatten, prüften sie, welche Frameworks und Softwarelösungen sich am besten eignen, und suchten die passenden aus. Funktionen und Elementeinheiten, die über vorhandene Frameworks und Softwarelösungen nicht abgedeckt wurden, programmierten sie selbst.
Da die Wissenschaftler*innen die fünf Elemente unabhängig voneinander entwickelten, bestand die nächste Herausforderung darin, sie zusammenzuführen. Zum Beispiel sahen die Designs der Elemente durch die verschiedenen Frameworks unterschiedlich aus, sodass sie im Zusammenspiel der Plattform nicht harmonisch wirkten. Inzwischen wurden Lösungen gefunden und die fünf Elemente zusammengeführt, die nun als Gesamtpaket zusammenarbeiten. Dennoch sind sie einzeln anpassbar.
Um die Plattform im Rahmen von Workshops und Messen vorstellen zu können, haben wir einen Prototyp der Plattform entwickelt. Dieser ist voll funktionsfähig und gibt einen umfassenden Einblick in ihren Aufbau und ihre Inhalte. Zusätzlich stellen wir auf einer separaten Website umfängliche Informationen über den Prototyp zur Verfügung. Die Website ist unabhängig von Veranstaltungen jederzeit einsehbar und dient als Demonstrator des Prototyps.
OFFIS – Institut für Informatik, FuE-Bereich Energie
Open Science im Zukunftslabor Energie
Die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors Energie haben während ihrer Forschung eine Open Science Declaration aufgesetzt und unterzeichnet. Das zentrale Ziel von Open Science ist es, eine dauerhafte Nutzung wissenschaftlicher Daten, Verfahren und Erkenntnisse zu ermöglichen. Dadurch werden der Wissenschaft, Gesellschaft und Wirtschaft neue Möglichkeiten im Umgang mit wissenschaftlichen Erkenntnissen eröffnet. Die wissenschaftlichen Methoden, Daten und Publikationen des Zukunftslabors sollen gemeinsam genutzt werden, letztlich auch, um die Qualität der Forschung zu verbessern. Gemäß diesem Anspruch veröffentlichten die Wissenschaftler*innen den Quellcode für ihre Plattform sowie für ihre selbst programmierten Elemente über GitLab, einen Onlinedienst zur Softwareentwicklung.
Die Wissenschaftler*innen beschreiben auf GitLab, wie sie die einzelnen Elemente ihrer Plattform aufgesetzt haben. Das schließt die selbst entwickelten Inhalte und auch die Nutzung bereits vorhandener Frameworks mit ein.
Diese Informationen sind insbesondere für Wissenschaftler*innen interessant, die im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsplattformen selbst eine Plattform entwickeln wollen. Vor allem die selbst programmierten Inhalte des Zukunftslabors Energie, für die es (noch) keine Frameworks gibt, dürften hilfreich sein. Auch für Änderungen an den Frameworks und den Softwarelösungen kann die Dokumentation auf GitLab wertvoll sein.
Ausblick: Plattform mit Inhalten anreichern
Im Forschungsjahr 2024 werden die Wissenschaftler*innen des Zukunftslabors die Inhalte aus ihrer Energieforschung in die Plattform überführen. Dazu zählt das Repository (genutzte und erzeugte Daten), die Methoden (Best Practices zur Vorgehensweise), die Simulation (Art und Ergebnisse der Simulation), die Kompetenz (involvierte Personen und Institute) sowie die Transparenz (Ergebnisse und Veröffentlichungen des Zukunftslabors). Außerdem werden die Wissenschaftler*innen die Funktionsweise der Plattform testen und eventuelle Fehler beheben.