Digitalisierung und Elektromobilität – Netz- und Ladeinfrastruktur:
Durchgehend digital gesteuerte Netz- und Ladeinfrastruktur für Land-, Luft- und Wasserelektromobilität
Mithilfe von Forschungslaboren entwickeln wir ein KI-basiertes Energiemanagementsystem. Dafür forschen wir am intelligenten Lade- und Lastmanagement von Mobilitätsträgern.
dtec emob
Neuigkeiten
24.01.2024 – „Roundtables zweite Runde„
Am 17. und 24.01.2024 fanden zwei weitere Roundtables des Projektes dtec emob in den Räumlichkeiten von hySOLUTIONS zu den Themen „Elektromobilität und Verkehrsraummodellierung“ und „E-Mobilität und Netze“ statt.
Insgesamt konnten über 40 Teilnehmende aus Industrie, Forschung und Behörden ihre Vision der Entwicklung der Stadt miteinander diskutieren. In den beiden Impulsvorträge gaben Vertreter der Agora Verkehrsende (Frau Kerstin Meyer) und Stromnetz Hamburg (Herr Bastian Pfarrherr) einen umfassenden Überblick über aktuelle regulatorische, technische und praktische Herausforderungen der Elektromobilität. Herzlichen Dank an die Vortragenden.
In dem folgenden bewährten Format bestehend aus Kurzvorträgen und anschließenden Diskussionen konnten die Wissenschaftler der Helmut-Schmidt-Universität anschließend neue Projektergebnisse vorstellen und mögliche Lösungsansätze für die erfolgreiche Integration der E-Mobilität mit den Teilnehmenden diskutieren. Hierbei konnten einige interessante Fragestellungen für das weitere Projekt gefunden werden.
Wir bedanken uns herzlich bei allen Teilnehmenden für die interessante Diskussion und freuen uns auf die nächste Runde.
14. November 2023 – „Luftfahrtworkshop„
Am 14.11.2023 fand der Workshop zur Elektrifizierung der Luftfahrt und Bodeninfrastruktur im Namen der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg in den Räumlichkeiten von KPMG statt.
Die Dynamik und Begeisterung, die während des Workshops spürbar waren, unterstreichen die Notwendigkeit, Innovationen voranzutreiben und gemeinsam an Lösungen zu arbeiten. Die Zusammenkunft von Experten aus verschiedenen Bereichen hat deutlich gemacht, dass die Zukunft der Luftfahrt von einem kooperativen Ansatz abhängt, der die Stärken und Erkenntnisse aus Forschung, Politik und Industrie vereint.
Die präsentierten Perspektiven haben ein breites Spektrum abgedeckt, von technischen Innovationen und infrastrukturellen Anpassungen bis hin zu regulatorischen Herausforderungen und wirtschaftlichen Chancen. Die Offenheit und das Engagement aller Teilnehmenden haben zu einem fruchtbaren Gedankenaustausch geführt, der neue Impulse für die weitere Entwicklung dieses wichtigen Bereichs liefert.
Ein herzliches Dankeschön gilt nicht nur den Organisatoren und Referenten, sondern auch jedem Einzelnen, der seine Expertise und Leidenschaft eingebracht hat. Diese Veranstaltung war nur der Anfang einer anhaltenden Zusammenarbeit, um die Elektrifizierung in der Luftfahrt und Bodeninfrastruktur weiter voranzutreiben.
Wir sind dankbar für das große Interesse und die Unterstützung von Partnern wie NOW GmbH, Universität Hamburg, TU Dresden, Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft e. V., Flughafen Stuttgart GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Stromnetz Hamburg GmbH, HAM Ground Handling Gruppe, HAMBURG AVIATION e.V. , Dornier Consulting International GmbH, Verband Unbemannte Luftfahrt, hySOLUTIONS GmbH, Emqcopter GmbH, Gesellschaft für Energie und Klimaschutz Schleswig-Holstein GmbH (EKSH), TU Braunschweig, Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT), Universität zu Lübeck und Hochschule Worms. Ihre Beteiligung hat diesen Workshop zu einem bedeutenden und ergebnisreichen Event gemacht.
Die gewonnenen Erkenntnisse und Diskussionen werden als Grundlage für zukünftige Schritte dienen, um gemeinsam die Elektrifizierung in der Luftfahrt und Bodeninfrastruktur weiter voranzubringen. Wir freuen uns auf die Fortsetzung dieses wichtigen Dialogs und die kollaborative Arbeit für eine nachhaltige Zukunft der Luftfahrt.
01. Februar 2023 – „Projektevaluation„
Am 01. und 02. Februar fand die Begehung durch den Wissenschaftsrat auf dem Gelände der Helmut-Schmidt-Universität statt. Die Evaluierung erfolgte am 01.02. durch die Vorstellung der Forschungsschwerpunkte und verschiedener dtec.bw Projekte. Hierfür präsentierten Prof. Detlef Schulz als Dachprojektleiter des Bereiches Energie und Digitalisierung und Andreas Stadler als Mitarbeiter im Projekt dtec emob die aktuellen Stände und Fortschritte. Am 02.02. erfolgte eine offene Diskussion mit Mitgliedern des Wissenschaftsrates, an welchem Andreas Stadler und Maik Plenz teilnahmen und das Projekt dtec emob erfolgreich vertreten konnten.
27. Januar 2023 – Roundtable „Kick-Off“
Die im Rahmen des Projektes initiierte Roundtables sind mit der Kick-Off-Veranstaltung am 27. Januar gestartet. Mit 19 externen Gästen (unter anderem von Stromnetz Hamburg und der Stadtplanung) entstanden in den Räumlichkeiten von hySOLUTIONS Interessante Diskussionen im Rahmen der Vorträge von ersten Ergebnissen und weiteren Projektplänen. Ein anschließendes Get-Together sorgte für einen lockeren Ausklang der Veranstaltung.
Die Roundtables werden in den Themenbereichen Stadtplanung, Energietechnik (und Netze) sowie Mobilitätsträger projektbegleitend einen regelmäßigen Austausch mit Partnern und Interessierten Unternehmen und Behörden der Stadt Hamburg ermöglichen.
26. Januar 2023 – dtec.bw-workshop Digitalization and AI Use in the Research Area „Energy and Digitalization“
Um fortschreitende Ergebnisse im Bereich der KI-Nutzung in den einzelnen Projekten zu diskutieren und weitere Kontakte zu knüpfen wurde der zweite KI-Workshop dtec.bw-workshop Digitalization and AI Use in the Research Area „Energy and Digitalization“ organisiert. Für dtec emob stellte Dennis Salvador Versen einen aktuellen Arbeitsstand sowie einen Software-Demonstrator zur Veranschaulichung der Steuerung und Sichbarmachung der KI-Steuerung vor.
Dezember 2022 – Veröffentlichung des dtec Sammelbandes
Der im Rahmen der dtec Projekte gemeinsam geschriebene und von dtec emob organisierte Sammelband „dtec.bw-Beiträge der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg: Forschungsaktivitäten im Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr dtec.bw – Band 1 · 2022“ ist erschienen Sammelband-Link. dtec emob ist mit zwei Beiträgen vertreten. Beitrag 1 zeigt den aktuellen Stand der KI-Netzsteuerung, Beitrag 2 den Aufbau einer PHIL-Testumgebung.
November 2022 – Entgegennahme des KIA EV6
Um im weiteren Projektverlauf verschiedene Ladeinfrastrukturen, Steuerungs- und Entladungsoptionen praktisch zu prüfen, wurde ein Rückspeisefähiges Elektroauto – der KIA EV6 – im Rahmen des dtec emob Projektes beschafft und entgegengenommen. Dieses Fahrzeug wird im weiteren Verlauf des Projektes an verschiedenen Versuchen zum KI-basierten LLM teilnehmen und dem Forschungsprojekt für umfangreiche Analyse zur Veränderung der Ladeleistung je SOC (State-of-Charge) dienen.
26. Oktober 2022 – dtec Workshops für „Energie & Digitalisierung“ und „Künstliche Intelligenz“
Um weitere dtec Projektmitarbeiter kennenzulernen, die Projekte vorzustellen und erste Ergebnisse zu diskutieren wurden die Workships „dtec Workshop Energie und Digitalisierung“ und „Künstliche Intelligenz“ von dtec CopuleIT! und dtec emob ausgerichtet. Dabei waren wir jeweils mit zwei Vorträgen vertreten:
Dennis Salvador Versen präsentierte erste Projektergebnisse („Last-Lade-Management für E-Autos für ein Niederspannungsnetz mit Reinforcement Learning“). Andreas Stadler durfte das Projekt vorstellen („Durchgehend digital gesteuerte Netz- und Ladeinfrastruktur für Land-, Luft- und Wasserelektromobilität“).
27. September 2022 – Yuzhuo Fu präsentiert auf der NEIS 2022
Erfolgreich präsentierte und verteidigte Yuzhuo Fu das von ihm und Dennis Salvador Versen geschriebene Paper „AI-based charging management for the integration of electric vehicles using a reference low voltage grid in Hamburg“ auf der Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems – NEIS 2022. Herzlichen Glückwunsch.
Weitere Neuigkeiten finden Sie im dtec emob Archiv.
Projektübersicht
Projektlaufzeit
Projektleitung
WMA EES
WMA MET, EMT
Partner
01.01.2021 – 31.12.2024
Prof. Dr.–Ing. habil. Detlef Schulz
6
2
5
Projektaufbau
Projektinhalte
Zentral für das Projekt sind die Betrachtungen aller Mobilitätsträger in Luft, Wasser und auf der Straße sowie die lokale Betrachtung und Anpassung auf die Metropolregion Hamburg.
Im theoretischen Teil des Projektes beschäftigen wir uns mit dem aktuellen technischen, marktwirtschaftlichen und regulatorischen Stand der Elektromobilität in der Metropolregion Hamburg. Anschließend wird die Studie „Metastudie Elektromobilität – Auswirkungen der Entwicklung der Elektromobilität auf das Verteilnetz der Stadt Hamburg“ erstellt. Diese betrachtet den aktuellen Stand und den Hochlauf der Elektromobilitätsträger bis zum Jahr 2050 und zeigt die Auswirkungen auf das Verteilnetz in Hamburg.
Dem gegenüber im praktischen Teil wird das zentrale Ergebnis, ein Intelligentes KI-basiertes Netzsteuersystem entwickelt. Dafür werden Messungen an realen Elektromobilitätsträgern und Ladeinfrastrukturen durchgeführt. Unter anderem dafür werden verschiedene Forschungs- und Innovationslabore in den Räumen der Professur für Elektrische Energiesysteme und bei externen Partnern aufgebaut. Im Ladeinfrastrukturtestlabor werden die Steuerbarkeit, elektrische Eigenschaften und neue Funktionen wie Bidirektionalität sowie Netzrückwirkungen getestet. In dem Energiespeicher und Klimalabor werden die elektrischen Eigenschaften und das Lastverhalten von Ladeinfrastrukturen und Elektromobilitätsträgern analysiert.
Im methodischen Teil werden die Ergebnisse des theoretischen und des praktischen Teils für das Training, den Test und die Validierung der entwickelten künstlichen Intelligenz verwendet. Zentral dafür ist die Digitalisierung die im besonderen auf die kaum digitalisierte Niederspannungs- und Mittelspannungsebene des elektrischen Energiesystems einbinden soll. Echtzeit(mess)daten werden über gesicherte Datenverbindungen für die Netzsteuerung verwendet.
Projektpartner und Auftragnehmer (Auswahl)
- HSU Professur für Elektrische Messtechnik
- HSU Professur für Theoretische Elektrotechnik und Numerische Feldberechnung
- Universität Hamburg Institut für Wirtschaftsinformatik
- hySOLUTIONS
- Hier könnte Ihr Name stehen!
Projektergebnisse
- KI-basiertes intelligentes Netzsteuersystem
In NEIS-Paper wurde ein erster Forschungsansatz gezeigt:
Mithilfe eines agenten-basierten „Reinforcement Learning“-Ansatzes werden die Ladevorgänge von Elektroautos in einem typischen Hamburger Netzabschnitt gesteuert.
Um die Umgebung zu simulieren werden normale Lasten und Ladevorgänge an die einzelnen Anschlusspunkte angelegt. Mithilfe einer Lastflussberechnung wird der aktuelle Zustand und die Auslastung des Transformators berechnet. In Abhängigkeit von diesem Zustand bekommt der Agent (der aus einem neuronalen Netz besteht) eine Belohnung zugerechnet.
Im Lernprozess bekommt der Agent verschiedene historische Daten und muss damit die gesamelte Belohnung maximieren wodurch die Knotengewichte optimiert werden. - Labore
- Publikationen
Labore, Aufbauten und Demonstratoren
Power- Hardware-in-the-Loop Aufbau
Ziele:
- Erprobung der einzelnen Aufbauten unter Realbedingungen
- Analyse der Netzrückwirkungen unter Laborbedingungen
- Analyse und Validierung der Steuerung, Kommunikation und Messungen
- Verknüpfung der Hardware mit den simulierten Projektteilen.
Bechreibung:
Ein erster Aufbau ist rechts dargestellt. Er besteht aus:
- einem Echtzeitsimulator der das betrachtete Stromnetz und Lasten simuliert
- einem dreipasigen Netzsimulator zur Ausgabe von Knotenspannungen des simulierten Energiesystems
- einem digitalen Zwilling eines Elektroautos der die benötigte Ladeleistung ausgibt (auf dem Bild nicht zu sehen, da an der Simulatorrückseite angesteckt)
- einer Wallbox, die als elektrische Last dienen kann.
Weitere Informationen sind hier zu finden.
KI-Netzsteuerungsdemonstrator
Ziele:
- Darstellung der Funktionsweise der Agenten-basierten Steuerung
- Erklärung eines Neuronalen Netzwerkes
- Darstellung der zeitlich veränderten Knotengewichte
Beschreibung:
Dieser Demonstrator zeigt in mehreren Unteroberflächen die KI-basierte Netzsteuerung aus dem NEIS-Paper. Die links dargestellte Oberfläche zeigt das gesteuerte Netz, die aktuell ladenden Elektrofahrzeuge und die summierten Leistungskurven. Auf den weiteren Oberfläche sind die Knoten, die Verbindungen sowie die Knotengewichte des neuronalen Netzwerks dargestellt.
Publikationen
Fu, Y.; Versen, S, D.; Plenz, M.; Stiemer, M.; Schulz, D.
Electric Vehicle Charging Management for Avoiding Transformer Congestion Using Policy-based Reinforecement Learning
In: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT-Europe), Grenoble, France, 2023.
DOI: 10.1109/ISGTEUROPE56780.2023.10407357
Jahic, A.; Soliman, R.; Eskander, M.; Plenz, M.; Avdevicius, E.; Schulz, D., Investigation of parameters impacting the energy consumption of electric buses. In 7th E-Mobility Power System Integration Symposium (EMOB 2023), Copenhagen, Denmark, 2023.
DOI: 10.1049/icp.2023.2690
Heider, F.; Stadler, A, M.; Schulz, D.; Teroerde, M.
Agility factor-based Power Management Measures in the face of an increasing Share of controllable Devices in the residential Sector
In: IEEE IAS Global Conference on Renewable Energy and Hydrogen Technologies (GlobConHT) 2023, Male, Maldives
DOI: 10.1109/GlobConHT56829.2023.10087526
Mavraj, G.; Fu, J.; Avdevičius, E.; M.; Schulz, D.
Analyse von Energieverbrauchsmodellen für elektrisch betriebene Transportdrohnen
In: Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz 2022: Analyse, Digitalisierung und Flexibilisierung von Energiemärkten, Elektromobilität, Sektorenkopplung, Elektroenergienetzen und Wasserstoffsystemen,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2022
Bd. 4, S. 64-68, ISSN (Druck) 2698-8798, ISBN (Druck) 978-3-86818-252-1 , ISSN (Online) 2698-8801, ISBN (Online) 978-3-86818-253-8 , doi: 10.24405/14591
Stadler, A.; Plenz, M.; Schulz, D.
Mikrocontroller-gesteuerter Netzanschlusspunkt-Demonstrator für ein modulares Netz- und Kommunikationslabor
In: Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz 2022: Analyse, Digitalisierung und Flexibilisierung von Energiemärkten, Elektromobilität, Sektorenkopplung, Elektroenergienetzen und Wasserstoffsystemen,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2022
Bd. 4, S. 48-53, ISSN (Druck) 2698-8798, ISBN (Druck) 978-3-86818-252-1 , ISSN (Online) 2698-8801, ISBN (Online) 978-3-86818-253-8 , doi: 10.24405/14588
Avdevičius, E.; Plenz, M.; Schulz, D.
Development and electrification of the truck segment in Hamburg by 2050
In: Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz 2022: Analyse, Digitalisierung und Flexibilisierung von Energiemärkten, Elektromobilität, Sektorenkopplung, Elektroenergienetzen und Wasserstoffsystemen,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2022
Bd. 4, S. 41-47, ISSN (Druck) 2698-8798, ISBN (Druck) 978-3-86818-252-1 , ISSN (Online) 2698-8801, ISBN (Online) 978-3-86818-253-8 , doi: 10.24405/14587
Stadler, A.; Pinke, N.; Schulz, D.
Power-Hardware-in-the-Loop Testumgebung zur Integration von digitalen Zwillingen verschiedener elektrischer Mobilitätsträger
In: dtec.bw-Beiträge der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg: Forschungsaktivitäten im Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr dtec.bw – Band 1 · 2022,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2022
Bd. 1, S. 53-57, ISBN (Druck) 978-3-86818-316-0 , ISBN (Online) 978-3-86818-315-3, doi: 10.24405/14529
Fu, Y.; Versen Salvador, D.; Stiemer, M.; Schulz, D.
Reinforcement learning based charging management for electric vehicle fleet to reduce transformer overloading in distribution networks
In: dtec.bw-Beiträge der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg: Forschungsaktivitäten im Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr dtec.bw – Band 1 · 2022,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2022
Bd. 1, S. 58-63, ISBN (Druck) 978-3-86818-316-0 , ISBN (Online) 978-3-86818-315-3, doi: 10.24405/14530
Fu, Y.; Versen, S, D.; Plenz, M.; Stiemer, M.; Schulz, D.
Electric Vehicle Charging Management for Avoiding Transformer Congestion Using Policy-based Reinforecement Learning
In: IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT-Europe), Grenoble, France, 2023.
DOI: 10.1109/ISGTEUROPE56780.2023.10407357
Yuzhuo, F.; Dennis, V.; Andreas, S.; Edvard, A.; Gazmend, M.; Meriam, S.; Nils, P.; Oliver, S.; Maik, P.; Marcus S.; Detlef, S.
AI-based charging management for the integration of electric vehicles using a reference low voltage grid in Hamburg
In: NEIS 2022; Conference on Sustainable Energy Supply and Energy Storage Systems, Hamburg, Germany, 2022, 26-27 September 2022
VDE Verlag, Berlin 2022, Bd. 4, S. 236-243, ISSN 2510-6902, ISBN (Druck) 978-3-8007-5983-5 , ISBN (eBook) 978-3-8007-5984-2
Eskander, M.; Plenz, M.; Avdevicius, E.; Schulz, D.
Optimal Design of Modular Electrical Infrastructure for Large-Scale Electric Bus Depots
In: IEEE Access, vol. 11, pp. 13754-13772, 2023, Electronic ISSN: 2169-3536, DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3243727
Jahic, A.; Heider, F.; Plenz, M.; Schulz, D.
Flexibility Quantification and the Potential for Its Usage in the Case of Electric Bus Depots with Unidirectional Charging
In: Energies,
2022; 15(10):3639, DOI: 10.3390/en15103639
Mavraj, G.; Eltgen, J.; Fraske, T.; Swaid, M.; Berling, J.; Röntgen, O.; Mujanovic, A.; Fu Y.; Kloock-Schreiber, D.; Gertz, C.; Gollnick, V.; Noennig, J.R.; Schüppstuhl, T.; Schulz, D.
A systematic review of ground-based infrastructure for the innovative urban air mobility
In: Aerospace Europe Conference 2021,
Warsaw, 23-26 November 2021, doi: 10.15480/882.4797
Stadler, A.; Wienken, H.; Pinke, N.; Plenz, M.; Schulz, D.
Abschätzung des Energiebedarfs im Hamburger Hafen durch die Elektrifizierung von Containerschiffen im Projekt dtec emob
In: Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz – Stand der Technik und Digitalisierung bei integrierten Energiesystemen, Sektorenkopplungs- und Mobilitätstechnologien,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2021,
Bd. 3, S. 103-112, ISSN (Druck) 2698-8798, ISBN (Druck) 978-3-86818-250-7, ISSN (Online) 2698-8801, ISBN (Online) 978-3-86818-251-4, doi: 10.24405/13960
Fu, Y.; Mavraj G.; Mujanovic, A.; Plenz, M.; Schulz D.
Hochlaufszenarien und elektrischer Leistungsbedarf von Lufttaxis und Paketdrohnen in der Metropolregion Hamburg
In: Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz – Stand der Technik und Digitalisierung bei integrierten Energiesystemen, Sektorenkopplungs- und Mobilitätstechnologien,
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Professur für Elektrische Energiesysteme, Hamburg, Dezember 2021, Bd. 3, S. 113-120, ISSN (Druck) 2698-8798, ISBN (Druck) 978-3-86818-250-7, ISSN (Online) 2698-8801, ISBN (Online) 978-3-86818-251-4, doi: 10.24405/13961
Jahic, A.; Plenz, M.; Eskander, M.; Schulz, D.
Route Scheduling for Centralized Electric Bus Depots
In: IEEE Open Journal of Intelligent Transportation Systems,
Bd. 2, S. 149-159, 2021, doi: 10.1109/OJITS.2021.3096115, Im Druck
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Prof. Dr.–Ing. habil. Detlef Schulz
Letzte Änderung: 11. März 2024