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Sie sehen Beiträge aus dem Jahr 2023.

ZDIN-Zahlen im Detail

Das umfangreiche ZDIN-Netzwerk aus Wissenschaft und Wirt­schaft spannt sich über ganz Niedersachsen. Gemeinsam verzeichnen die Zukunftslabore und die Koordinierungsstelle beeindruckende Projekterfolge, die auf dieser Seite im Detail vorgestellt werden.

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Wissenschaftliche Veröffentlichungen

Who needs XAI in the Energy Sector? A Framework to Upgrade Black Box Explainability

Artificial Intelligence (AI)-based methods in the energy sector challenge companies, organizations, and societies. Organizational issues include traceability, certifiability, explainability, responsib ...

Artificial Intelligence (AI)-based methods in the energy sector challenge companies, organizations, and societies. Organizational issues include traceability, certifiability, explainability, responsibility, and efficiency. Societal challenges include ethical norms, bias, discrimination, privacy, and information security. Explainable Artificial Intelligence (XAI) can address these issues in various application areas of the energy sector, e.g., power generation forecasting, load management, and network security operations. We derive Key Topics (KTs) and Design Requirements (DRs) and develop Design Principles (DPs) for efficient XAI applications through Design Science Research (DSR). We analyze 179 scientific articles to identify our 8 KTs for XAI implementation through text mining and topic modeling. Based on the KTs, we derive 15 DRs and develop 18 DPs. After that, we discuss and evaluate our results and findings through expert surveys. We develop a Three-Forces Model as a framework for implementing efficient XAI solutions. We provide recommendations and a further research agenda.

Autor*innen
  • Sarah K. Lier (Leibniz Universität Hannover)
  • Prof. Dr. rer. nat. habil. Michael H. Breitner (Leibniz Universität Hannover, Institut für Wirtschaftsinformatik)
Veröffentlichung
  • Im Rahmen des Buches/Journals bzw. Konferenz: International Conference on Information Systems
  • Datum: 10.12.2023
  • Link zur Veröffentlichung
Diese Veröffentlichung entstand aufbauend auf der ZDIN Förderung.
Integrating Agent-Based Control for Normal Operation in Interconnected Power and Communication Systems Simulation

Power grids must be stable and reliable, but the growing importance of intelligent control in smart grids creates new challenges due to the increasing dependence on communication networks. This paper ...

Power grids must be stable and reliable, but the growing importance of intelligent control in smart grids creates new challenges due to the increasing dependence on communication networks. This paper investigates the influence of communication on power systems in a future scenario. The simulation environment contains a power grid of a medium-sized city in northwest Germany, in the year 2035, where the normal operation of the power system is disturbed by increased communication traffic. The power and communication networks are integrated into a co-simulation environment, that implements smart grid services in an agent-based control structure. In a case study, multiple scenarios are compared that differ in the configuration of the communication network, to show how the simulation environment can be used to study the interactions between power and communication networks.

Autor*innen
  • B.Sc. Malin Radtke (OFFIS Institut für Informatik)
  • Christoph Stucke (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)
  • Malte Trauernicht (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)
  • Carsten Montag
  • M. Sc. Frauke Oest (OFFIS Institut für Informatik)
  • M. Sc. Emilie Frost (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • Dr. Jörg Bremer
  • Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung Energieinformatik)
Veröffentlichung
  • Im Rahmen des Buches/Journals bzw. Konferenz: 2023 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)
  • Datum: 05.12.2023 - 08.12.2023
  • Link zur Veröffentlichung
Diese Veröffentlichung entstand aufbauend auf der ZDIN Förderung.
Optimisation of the refurbishment of single-family homes based on construction era

In the last ten years Germany has met less than half of its renovation quota annually. This study aims to create a roadmap for German renovation by identifying the construction era of single-family ho ...

In the last ten years Germany has met less than half of its renovation quota annually. This study aims to create a roadmap for German renovation by identifying the construction era of single-family homes which has the greatest potential for decarbonization. A multi-objective optimization was conducted which varied the building envelope and energy systems while optimizing for annual cost and carbon emissions. The optimization was carried out in oemof.solph and PyGMO on typical German building stocks from 11 different construction eras between 1860 and 2020. The buildings were modelled in TEASER using TABULA building stock data. It was found that by spending the same amount of money annually as the business as usual case, the post-war construction era represents the highest potential for improvement. Additionally, if all construction eras are fully renovated from before 2008 over 90 megatons of CO2 emissions could be saved annually. Lastly, the electrification of the energy system and removal of fuel-based energy production was the primary outcome for both the most ecologic and most economic Pareto solutions, across all construction eras.

Autor*innen
  • Cody Hancock (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Dr. Peter Klement (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Lucas Schmeling (KEHAG Energiehandel GmbH)
  • Dr. Benedikt Hanke (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Dr. Karsten von Maydell (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
Veröffentlichung
  • Im Rahmen des Buches/Journals bzw. Konferenz: Energiewendebauen 14
  • Datum: 09.11.2023
Diese Veröffentlichung entstand aufbauend auf der ZDIN Förderung.
Approximating Energy Market Clearing and Bidding With Model-Based Reinforcement Learning

Energy market rules should incentivize market participants to behave in a market and grid conform way. However, they can also provide incentives for undesired and unexpected strategies if the market d ...

Energy market rules should incentivize market participants to behave in a market and grid conform way. However, they can also provide incentives for undesired and unexpected strategies if the market design is flawed. Multi-agent Reinforcement learning (MARL) is a promising new approach to predicting the expected profit-maximizing behavior of energy market participants in simulation. However, reinforcement learning requires many interactions with the system to converge, and the power system environment often consists of extensive computations, e.g., optimal power flow (OPF) calculation for market clearing. To tackle this complexity, we provide a model of the energy market to a basic MARL algorithm in the form of a learned OPF approximation and explicit market rules. The learned OPF surrogate model makes an explicit solving of the OPF completely unnecessary. Our experiments demonstrate that the model additionally reduces training time by about one order of magnitude but at the cost of a slightly worse performance. Potential applications of our method are market design, more realistic modeling of market participants, and analysis of manipulative behavior.

Autor*innen
  • M.Sc. Thomas Wolgast (OFFIS Institut für Informatik)
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
Veröffentlichung
  • Im Rahmen des Buches/Journals bzw. Konferenz: arXiv
  • Datum: 01.11.2023
Diese Veröffentlichung entstand aufbauend auf der ZDIN Förderung.
Quantifying the resilience of ICT-enabled grid services in cyber-physical energy system

Information and Communication Technology (ICT) is vital for the operation of modern power systems, giving rise to Cyber-Physical Energy Systems (CPESs). ICT enables the grid services (GSs) needed for ...

Information and Communication Technology (ICT) is vital for the operation of modern power systems, giving rise to Cyber-Physical Energy Systems (CPESs). ICT enables the grid services (GSs) needed for monitoring and controlling the physical parameters of the power system, especially for remedying the impact of disturbances. But the ICT integration makes the overall system more complex, leading to new and unforeseen disturbances. This motivates the need for a resilient system design capable of absorbing and recovering from such disturbances. The current state of the art lacks a comprehensive resilience assessment of ICT-enabled GSs in CPESs. To address this, a novel method and metrics to assess the resilience of GSs in CPESs are presented in this paper. An operational state model of a GS, with three states, i.e., normal, limited and failed, is used to capture its performance, which is essential for quantifying its resilience. Sequential Monte Carlo simulations are performed with the model to capture the behaviour of ICT components to compute the operational state trajectory of the GSs. Metrics are then derived to quantify the resilience and its constituting phases. The method is demonstrated using two ICT system designs for the CIGRE MV benchmark grid, considering the state estimation as an exemplary GS. The simulation results show that the proposed method can capture the differences between ICT system designs with regard to resilience metrics. The contribution can, therefore, be used to analyse, compare and potentially improve the resilience of ICT system designs for CPES.

Autor*innen
  • Anand Narayan
  • M.Sc. Michael Brand (OFFIS Institut für Informatik)
  • Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung Energieinformatik)
Veröffentlichung
Diese Veröffentlichung entstand aufbauend auf der ZDIN Förderung.

Wissenschaftliche Vorträge

Who needs XAI in the Energy Sector? A Framework to Upgrade Black Box Explainability
Referent*innen
  • Sarah K. Lier (Leibniz Universität Hannover)
Vortrag
  • Im Rahmen der Veranstaltung: International Conference on Information Systems
  • Datum: 12.12.2023
Integrating Agent-Based Control for Normal Operation in Interconnected Power and Communication Systems Simulation
Referent*innen
  • B.Sc. Malin Radtke (OFFIS Institut für Informatik)
  • Christoph Stucke (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)
  • Malte Trauernicht (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)
  • Carsten Montag
  • M. Sc. Frauke Oest (OFFIS Institut für Informatik)
  • M. Sc. Emilie Frost (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • Dr. Jörg Bremer
  • Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung Energieinformatik)
Vortrag
  • Im Rahmen der Veranstaltung: 2023 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)
  • Datum: 06.12.2023
Optimisation of the refurbishment of single-family homes based on construction era
Referent*innen
  • Cody Hancock (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Dr. Peter Klement (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Lucas Schmeling (KEHAG Energiehandel GmbH)
  • Dr. Benedikt Hanke (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Dr. Karsten von Maydell (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
Vortrag
  • Im Rahmen der Veranstaltung: Energiewendebauen 14
  • Datum: 09.11.2023
Poster abstract: district energy management simulation framework with rolling horizon approach
Referent*innen
  • Alexander Hill
  • Jan-Hendrik Bruhn
  • Christian Pieper
  • Dr. Patrik Schönfeldt (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR))
  • Fernando Andres Penaherrera Vaca (OFFIS Institut für Informatik, FuE-Bereich Energie)
Vortrag
  • Im Rahmen der Veranstaltung: 12th DACH+ Conference on Energy Informatics 2023
  • Datum: 05.10.2023
Uncertainty analysis in distribution grids: a literature review and proposed procedure for a quasi-dynamic co-simulation
Referent*innen
  • Sarah Fayed (Hochschule Emden/Leer)
Vortrag
  • Im Rahmen der Veranstaltung: 22nd Wind and Solar Integration Workshop (WIW 2023)
  • Datum: 28.09.2023

Außerwissenschaftliche Beiträge

Forschungsdateninfrastruktur für interdisziplinäre Energiesystemforschung
Referent*innen
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • M. Sc. Stephan Ferenz (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Department für Informatik)
Beitrag
  • Anlass: EWB-Stunde (Energiewendebauen)
  • Datum: 07.12.2023
Cybersicherheit – Energiewende als Risiko für die Versorgungssicherheit?
Referent*innen
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • M.Sc. Stefanie Holly
Beitrag
  • Anlass: energy@lunch
  • Datum: 29.11.2023
PV-Anlage, Batteriespeicher, Elektromobilität und Co.: Webbasierte Entscheidungsunterstützung bei der Energiewende in Unternehmen und Privathaushalten
Referent*innen
Beitrag
  • Anlass: Das Ende des Verbrennungsmotors: Warum sich E-Autos schneller etablieren werden
  • Datum: 07.11.2023 - 07.11.2023
Solaranlagen, Wärmepumpen und E-Fahrzeuge: Entscheidungsunterstützung für Ihr Zuhause mit dem Web-Tool NESSI
Referent*innen
  • M. Sc. Maria Hart (Leibniz Universität Hannover, Institut für Wirtschaftsinformatik)
Beitrag
  • Anlass: Die Nacht, die Wissen schafft 2023
  • Datum: 04.11.2023 - 04.11.2023
Co-Innovation made in Oldenburg
Referent*innen
  • Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung Energieinformatik)
Beitrag
  • Anlass: Kontaktpunkt Wirtschaft
  • Datum: 01.11.2023

Messebeiträge

Hannover Messe

Das Zukunftslabor Energie präsentierte auf dem Gemeinschaftsstand Niedersachsen das Webtool NESSI (Nano Energy System Simulator). Es unterstützt Hauseigentümer*innen, Vermieter*innen und Unternehmen dabei, passende erneuerbare Energietechnologien zu finden, um Energie im Gebäude- und Mobilitätssektor einzusparen.

Beteiligte ZDIN-Einrichtungen
  • Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
  • Department für Informatik
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
  • Institut für vernetzte Energiesysteme e.V. (Oldenburg)
  • Hochschule Emden/Leer
  • Fachbereich Technik
  • Leibniz Universität Hannover
  • Institut für Wirtschaftsinformatik
  • Technische Universität Braunschweig
  • elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme
  • Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften
  • Institut für Energieoptimierte Systeme (EOS)
  • OFFIS Institut für Informatik
  • FuE-Bereich Energie
Beitrag
  • Art des Beitrags: Demonstratoren
  • Datum: 17.04.2023
  • Ort: Hannover

Technologiedemonstratoren

Screenshot des Energiemanagers eines Hauses
Für das Verständnis und zum Aufzeigen der Möglichkeiten eines Energiemanagements auf Haushaltsebene wurde am elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme das interaktive Spiel „EManager“ entwickelt. Jede*r Spieler*in kann ein Gebäude mit innovativen Komponenten (PV-Anlage, Batteriespeicher, Elektroauto) steuern und für einen Tag simulieren. Da...
Drei Personen sitzen mit einem Spiel und Mikrofon am Tisch
Klimaziele für ein fiktives Quartier erreichen und Wissen vermitteln – das sind die Ziele des Spiels „Changing the Game – Neighbourhood”. Das Spiel wurde in einem iterativen und partizipativen Prozess im Rahmen des Projektes ENaQ (Energetisches Nachbarschaftsquartier) entwickelt. ENaQ ist eines der Quartiere, welches das Zukunftslabor Energie untersucht. Bei...
Das Netzmodell digital und physisch
An der Hochschule Emden/Leer wurde auf Basis der Software MATLAB eine benutzerfreundliche Oberfläche für die automatische Steuerung eines physikalischen Netzmodells entwickelt. Mithilfe von Buttons und Eingabefeldern für Parameter, IP-Adressen, sowie Lastzeitreihen und zeitabhängige Topologien als csv-Dateien ist es möglich, das Hardware-Netzmodell automatis...
Screenshot des Wärmepumpen Web-Tool mit Balkendiagrammen
Im Rahmen des Projektes PIEG-Strom wurde ein Repository zum Aufbau einer Datenbank mit relevanten Daten aus öffentlichen Wärmepumpen Keymark-Datasets entwickelt. Außerdem wurden Effizienzparameter aus der Datenbank mit einem Least-Square-Regressionsmodell ermittelt und die Wärmepumpeneffizienz sowie die elektrische und thermische Leistung und der Massenstrom...
Verknüpfte Geräte mit der Web-Applikation
Mit dem kostenlosen Open Access Tool NESSI (Nano Energie System Simulator) der Leibniz Universität Hannover ist es möglich, die ökologischen, ökonomischen und sozialen Auswirkungen eines individuellen Energiesystems zu quantifizieren und so ein nachhaltiges Energiesystem für Neubauten und Bestandsgebäude zu identifizieren. NESSI ermöglicht nicht nur die Simu...

Transfer-Workshops

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Fort- und Weiterbildungen

Data Analytics Seminar: Data Acquisition and Analysis at the RE-Lab and the Research Project ZLE
Referent*in
  • Sarah Fayed (Hochschule Emden/Leer)
Angebot
  • Angebotsart: Seminar
  • Datum: 13.11.2023 - 15.01.2024

Studienabschlussarbeiten

Interactive Metadata Creation
Betreuer*innen
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • M. Sc. Stephan Ferenz (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Department für Informatik)
Abschlussarbeit
  • Art: Master
  • Themencluster: Datenmanagement und -analyse
  • Datum: 20.12.2023
Comparision of Software Registries
Betreuer*innen
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • M. Sc. Stephan Ferenz (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Department für Informatik)
Abschlussarbeit
  • Art: Bachelor
  • Themencluster: Datenmanagement und -analyse
  • Datum: 20.12.2023
Potentialanalyse zur anwendungsbezogenen Mehrfachnutzung von häuslichen Batteriespeichersystemen
Betreuer*innen
  • Henrik Wagner (Technische Universität Braunschweig, elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme)
  • Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel (Technische Universität Braunschweig, elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme)
Abschlussarbeit
  • Art: Studienarbeit (min. 14 Credits)
  • Themencluster: Modellierung und Simulation
  • Datum: 15.12.2023 - 15.04.2024
Entwicklung eines interaktiven Frontends für eine Agentenleitwarte
Betreuer*innen
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • Dr. rer. nat. Martin Tröschel (OFFIS Institut für Informatik)
Abschlussarbeit
  • Art: Bachelor
  • Themencluster: IT-Plattformen und Cloud
  • Datum: 12.12.2023
Entwicklung eines Tiernotfallmonitors für die Stadttaubenhilfe Oldenburg
Betreuer*innen
  • Prof. Dr.-Ing. Astrid Nieße (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung für Digitalisierte Energiesysteme)
  • Dr. rer. nat. Martin Tröschel (OFFIS Institut für Informatik)
Abschlussarbeit
  • Art: Bachelor
  • Themencluster: IT-Plattformen und Cloud
  • Datum: 12.12.2023

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