Fazit und Ausblick
Der vorliegende Bericht beschreibt die Aktivitäten und Erzeugnisse des Vorhabens e-TWINS. Im Rahmen des Projekts zeigte sich als Erstes, dass die bestehenden Definitionen eines digitalen Zwillings nicht ausreichend waren im Hinblick auf die Anforderungen, die das zukünftige Energiesystem an die potenziell benötigten Funktionen stellt. Daher wurde, im Rahmen eines Fachartikels, eine nutzbare Definition erarbeitet. Diese erweiterte Definition eines digitalen Zwillings schließt die Definitionslücke und deckt das breite Spektrum an Implementierungen und Anwendungen ab. Sie erlaubt im Besonderen die Vernetzung von mehreren einzelnen digitalen Zwillingen auf verschiedenen System- und Anwendungsebenen zu einem System von digitalen Zwillingssystemen [engl. "System of Digital Twin Systems (SDTS)"].
Dieser erste Schritt gab die Richtung für die Entwicklung des Software-Frameworks zur Anwendung von digitalen Zwillingen im Energiesystem vor. Mit einer zentralen Datenbank und verteilten Clients fungiert das Framework als zentraler Kommunikationsknotenpunkt für eine latenzarme Kommunikation und bietet Flexibilität bei der Definition und Verteilung von Diensten. Die modulare Architektur gewährleistet eine einfache Erweiterung und die generische Datenstruktur macht das Framework für universelle Anwendungsfelder einsetzbar. Die Plattform konnte nach der Bereitstellung von den Projektpartnern ohne größere Hürden im Rahmen verschiedener Referenz- und Anwendungsszenarien (z.B. Economic Dispatch, Inertia Emulation und Lifetime Aware Wind Farm Control) genutzt werden.
Die entwickelten digitalen Zwillinge für die Teilbereiche Wind, Solar, Batterie und Netzanbindung heben sich durch die Schnittstellen zum Software-Framework von einfachen, eigenständigen Modellen ab. Auch innerhalb eines Teilbereiches wurden die Modelle für die Referenzszenarien miteinander verbunden (z.B. der Windparkströmungsschätzer mit dem Batteriemodell für das Szenario 1 des ökonomischen Kraftwerkseinsatzes).
Diese Integration von einzelnen digitalen Zwillingen wurde anhand von drei beispielhaften Anwendungsszenarien diskutiert. Diese beziehen mehrere Systemebenen mit ein und veranschaulichen so die Möglichkeiten des vorgeschlagenen SDTS-Konzepts zur Verbesserung und Digitalisierung des Betriebs des zukünftigen elektrischen Energiesystems unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und funktionaler Aspekte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der vorgeschlagene Rahmen und die Idee von einem System von digitalen Zwillingssystemen eine generische Implementierung und Anwendung auf zukünftige Energiesysteme ermöglicht hat. Dabei konnte eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Projektpartnern gezeigt werden.
Allerdings müssen in Zukunft v.a. noch die industrielle Anwendbarkeit der Referenzszenarien im realen Umfeld getestet werden. Hierzu würde es sich anbieten, Industriepartner (z.B. Windpark- oder Netzbetreiber) in zukünftige Forschungsprojekte miteinzubinden. Damit kann überprüft werden, wie sich theoretische Limits in der Realität verhalten (z.B. Datenübertragungsgeschwindigkeit, Skalierung der digitalen Zwillinge).
Weiterhin besteht das Stromnetz aus weiteren Teilnehmern als die, die im Projekt behandelt wurden. Für diese wurden keine digitalen Zwillinge entwickelt und stehen bisher auch nicht zur Verfügung. Dazu gehören beispielsweise Wasserkraft- oder konventionelle Gaskraftwerke. In einem Folgeprojekt sollten solche Systeme ebenfalls berücksichtigt werden.
Ein rechtliches und wirtschaftliches Problem ist die Unklarheit bzw. Nichtreglementierung von vielen technisch zwar möglichen und volkswirtschaftlich sinnvollen aber rechtlich und betriebswirtschaftlich derzeit nicht darstellbaren Dienstleistungen im Bereich des Elektroenergiesystems. So ist es in Deutschland beispielsweise derzeit nicht geregelt, wie die Dienstleistungen der Trägheitsemulation und des Trägheitsmonitorings aus Referenzszenario 2 vergütet werden (könnten). Dies ist z.B. in Australien bereits seit Jahren der Fall. Hier wird der Gesetzgeber gefordert sein, die richtigen Rahmenbedingungen für eine stabile und erneuerbare Energieversorgung zu setzen.
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