International-Data-Space Wie mit Data Spaces grüner Wasserstoff erzeugt wird

Redakteur: Alina Hailer

Für eine dezentrale Energieversorgung, wie sie von erneuerbaren Energien gefordert ist, braucht es neue Konzepte, wie die Daten effizient ausgetauscht werden können, während die digitale Souveränität der Unternehmen gewahrt bleibt. Vier Fraunhofer-Institute haben dafür nun einen möglichen Lösungsweg gefunden.

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(Bild: Fraunhofer IEE)

Um einen effizienten Betrieb unseres Stromnetzes zu erreichen, müssten Informationen von einer Vielzahl von dezentralen Stromerzeugern wie Windenergie- oder PV-Anlagen und Lasten gekoppelt werden. Für diesen großen Informationsbedarf werden neue Konzepte benötigt, wie Daten effizient ausgetauscht werden können, während die digitale Souveränität der einzelnen Unternehmen gewahrt bleibt. Vier Fraunhofer-Institute haben nun mit einem Demonstrator zur Produktion grünen Wasserstoffs gezeigt, wie sich dies künftig mit dem Konzept eines „International-Data-Spaces“ umsetzen lässt.

Die International-Data-Spaces

Die Rahmenarchitektur der International-Data-Spaces (IDS) wurde von der Fraunhofer-Gesellschaft gemeinsam mit mehreren Industriepartnern entwickelt und in konkreten Software-Bausteinen umgesetzt. Die Tür zum Data-Space ist dabei ein IDS-Konnektor, der die im IDS geltenden Regeln und Prozesse umsetzt. Zu diesen Regeln zählen beispielsweise Bedingungen zur Nutzung von Daten, deren Einhaltung auch technisch umgesetzt und verfolgt werden kann.

Hinzu kommen zentrale Dienste wie etwa die Zertifizierung von Teilnehmern, die Bereitstellung von Suchmaschinen für (Meta-)Daten sowie weitere Funktionen zur Dokumentation von Transaktionen oder zur Bereitstellung von Anwendungen aus einem App-Store. Die Bausteine des IDS passen mit ihren Funktionen in das Konzept der europäischen Initiative „Gaia-X“ und ermöglichen damit bereits jetzt den Einstieg in den zukünftigen europäischen Datenraum.

Die Technologie bietet laut Volker Berkhout, Leiter des Teilprojektes „En-Da-Space“, ein großes Potential für den Einsatz in der Energiewirtschaft. In verschiedenen Bereiche konnten existierende Informationen bisher nicht genutzt werden, weil Unternehmen daraus einen Nachteil befürchten. Mit dem IDS sollen hier zukünftig neue Kooperationen geschaffen werden.

Erfolgreiche Feldversuche der Data-Spaces

Im Projekt „En-Da-Space“ wurden die Daten der 8-MW-Windenergieanlage beim Fraunhofer IWES in Bremerhaven als Grundlage verwendet, um am Power-to-Gas-Forschungszentrum des Fraunhofer IEE grünen Wasserstoff zu erzeugen. Die im Projekt verwendeten Betriebsdaten der Windanlage wurden zunächst für verschiedene Zeiträume aggregiert. Über eine REST-Schnittstelle wurden die Daten mit dem IDS-Konnektor verknüpft und als Datenressource im Energy-Data-Space angelegt.

In der Energiemanagement-Software EMS-EDM Prophet des Fraunhofer IOSB-AST laufen die Informationen zum Betrieb der Windenergieanlage mit den Windvorhersagen und den Strommarktpreisen zusammen. Hier wird dann ein Fahrplan für den jeweiligen Folgetag erstellt, mit dem Windstrom für die Wasserstofferzeugung genutzt werden kann. Dieser Fahrplan garantiert, dass die Elektrolyse nur betrieben wird, wenn auch Windstrom zur Verfügung steht und der Strompreis unter einer festzulegenden Schwelle liegt, bei der die Strom-Einspeisung vorteilhafter als die Elektrolyse ist.

Außerdem werden bei der Fahrplanberechnung Parameter zum Anlagenbetrieb berücksichtigt, wie etwa die Dauer für das Wechseln von Zuständen bei Einschaltvorgängen oder im Stand-By-Betrieb. In weiterführenden Arbeiten soll zukünftig auch die optimale Betriebsweise des Elektrolyseurs in die Modelle eingebunden werden. Die Betriebsführungsstrategien von Elektrolyseuren im Energiesystem werden mit steigendem Einsatz von Wasserstoff relevant sowohl für die Wirtschaftlichkeit der Projekte, als auch für den Betrieb des Gesamtsystems.

Die Kommunikation zwischen den Anlagen und Systemen erfolgt über einen Energy-Data-Space. In diesem Datenraum tauschen Anlagen nach vereinbarten Regeln und unter bestimmten Bedingungen Daten aus. Das Konzept der IDS ermöglicht es allen Akteuren selbstbestimmt über die Nutzung ihrer Daten zu entscheiden und ermöglicht damit ihre digitale Souveränität. Mit dem Erfolg des Demonstrationsprojektes soll nun die Gestaltung des IDS für verschiedene Anwendungsfälle in der Energiewirtschaft, wie zum Beispiel in der Windenergie, starten.

Um die Data-Spaces zu testen haben sich mehrere Fraunhofer-Institute in Deutschland zusammengeschlossen. Beteiligt waren dieFraunhofer-Institute IEE, IOSB-INA, IOSB-AST, ISST und IWES.
Um die Data-Spaces zu testen haben sich mehrere Fraunhofer-Institute in Deutschland zusammengeschlossen. Beteiligt waren dieFraunhofer-Institute IEE, IOSB-INA, IOSB-AST, ISST und IWES.
(Bild: Fraunhofer IEE)

Ende Februar fand der Testlauf im Realbetrieb am Power-to-Gas-Forschungszentrum des Fraunhofer IEE in Bad Hersfeld statt und verlief erfolgreich. Die Kopplung von Windenergie und Wasserstoff wird in Zukunft wesentlich für die Erzeugung von grünem Wasserstoff sein. Dabei ist häufig entscheidend, dass die jeweils unterschiedliche Weiterverwendung des Wasserstoffs in den Betriebsoptimierungen bedacht wird.

Offene Datenplattform

Die offene Datenplattform des „En-Da-Space“ basiert auf einer von Fraunhofer IOSB-INA bereitgestellten Fiware-Instanz. Als Open-Source-Initiative bietet Fiware einen modularen Baukasten für die Implementierung und den Betrieb von Datenplattformen. Dabei stehen insbesondere Standards und Lösungen für das Management von Kontextdaten im Fokus. Eine auf der Datenplattform ausgeführte Anomalieerkennung konnte so einfach mit den Betriebsdaten der Windenergieanlage verbunden werden. Die Herausforderung im Projekt bestand darin, den Datenfluss über die IDS-Konnektoren mit dem Datenmanagement in der Fiware-Umgebung zu verbinden.

Die Kombination von Data-Spaces und bereits etablierter offener Plattformtechnologie wie der Fiware-Instanz ist laut Anders Borcherding, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IOSB-INA, ein Zukunftsmarkt. Interessante Anwendungschancen gäbe es beispielsweise im Bereich der Smart Cities.

Das Projekt „En-Da-Space-Platon“ wurde von der Fraunhofer-Gesellschaft im Rahmen des Innovation-Push-Programms ausgewählt. Neben den Arbeiten zur Demonstration des Energy-Data-Spaces wurden im Teilprojekt „Platon“ Ansätze zur Plattformökonomie in der Energiewirtschaft wissenschaftlich untersucht. Am Teilprojekt „En-Da-Space“ waren die Fraunhofer-Institute IEE, IOSB-INA, IOSB-AST, ISST und IWES beteiligt.

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