Prof. Dr. Benjamin Schäfer: Stromnetz, Speicher, Simulation, KI | Eduard Heindl Energiegespräch #031
Oct 30, 2024
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Prof. Dr. Benjamin Schäfer, ein theoretischer Wissenschaftler, informiert über die Steuerung von Stromnetzen im Kontext der Energiewende. Er erklärt das Braess-Paradox und seine Auswirkungen auf die Effizienz von Stromleitungen. Zudem wird die Digitalisierung der Stromnetze thematisiert, insbesondere der Einsatz von Künstlicher Intelligenz zur Preisprognose und Marktanalyse. Die Herausforderungen der Energieerzeugung in Deutschland und die Rolle erneuerbarer Energien stehen ebenfalls im Fokus, während die Bedeutung dezentraler Ansätze zur Optimierung der Energieversorgung hervorgehoben wird.
Prof. Dr. Benjamin Schäfer betont die Bedeutung dezentraler Ansätze zur Steuerung von Stromnetzen für die Energiewende.
Der Vergleich von Energienetzen mit biologischen Schwarmbewegungen zeigt, wie Selbstorganisation in komplexen Systemen funktioniert.
Die Umstellung auf Gleichstromübertragung könnte die Effizienz der Stromversorgung steigern und die Integration erneuerbarer Energien unterstützen.
Künstliche Intelligenz bietet Möglichkeiten zur Verbesserung der Preisanalysen im Strommarkt und zur Steuerung von Angebot und Nachfrage.
Deep dives
Überleitung von Physik zur Datenwissenschaft
Der Host unterhält sich mit Professor Dr. Benjamin Schäfer darüber, wie sein Weg vom Physiker zur Datenwissenschaft führte. Er erklärt, dass seine ursprüngliche Faszination für die fundamentalen Aspekte der Physik während des Studiums zunehmend von dem Interesse an komplexen, selbstorganisierenden Systemen abgelöst wurde. Durch Erfahrungen während seiner Diplomarbeit erkannte er, dass Systeme wie Energienetze interessante Anwendungen bieten, die auch gesellschaftlichen Nutzen haben können. Dies führte zu seiner Entscheidung, sich auf die Analyse und Modellierung von energietechnischen Dynamiken zu konzentrieren.
Selbstorganisation in Energienetzen
Schäfer erörtert, wie Konzepte der Selbstorganisation aus der Biologie auch auf Energienetze angewendet werden können. Er vergleicht Energienetze mit Fischschwärmen und Vögeln, die synchronisiert und koordiniert agieren, um als Einheit zu funktionieren. In einem Stromnetz geschieht ähnliches, wenn Verbraucher und Erzeuger über mathematische Modelle und Wechselwirkungen verbunden sind. Die Übertragungskapazität zwischen Knoten im Stromnetz kann ebenso durch Winkeländerungen in den Netzlasten beschrieben werden wie in biologischen Schwarmbewegungen.
Datenstrukturen zur Modellierung
Die Herausforderungen der Modellierung von Energienetzen werden angesprochen, insbesondere bei der Handhabung großer Datenmengen in komplexen Systemen. Schäfer beschreibt, wie er während seiner Dissertation einen höheren Allgemeinen Datenansatz verfolgte und Daten von großen Knotenpunkten in Deutschland aggregierte, um robuste Modelle zu erstellen. Dieser Ansatz erlaubte es, das Stromnetz durch weniger Knoten effizient darzustellen und die Berechnungen auf weniger leistungsstarken Computern durchzuführen. Dazu gingen grundlegende statistische Daten wie Haushaltsverbrauchskurven in die Modellierung ein.
Stabilität selbstorganisierter Systeme
Schäfer diskutiert, wie selbstorganisierte Systeme stabil gehalten werden können und welche Informationen dafür notwendig sind. Er hebt hervor, dass das traditionelle Stromnetz seit über einem Jahrhundert ohne digitale Technologien funktioniert und aktuelle Entwicklungen eine Umstellung auf mehr selbstorganisierte Strukturen erfordern. Hierbei ist entscheidend, inwieweit Verbraucher oder Prosumer in das System integriert werden können, um eine effiziente Lastverteilung zu gewährleisten. Die Frage bleibt, welchen Stabilitätsgrad solche selbstorganisierten Systeme erreichen können, ohne die operative Effizienz zu gefährden.
Netzinfrastruktur und europäischer Kontext
Das Thema der notwendigen Ausbau von Übertragungsleitungen wird angesprochen, insbesondere im Hinblick auf die Energiewende. Schäfer führt aus, dass der Bau von Fernübertragungsleitungen zwischen Windkraft im Norden und Verbrauchszentren im Süden für die Energieversorgung wichtig ist. Diese Infrastruktur schafft nicht nur neue Möglichkeiten für den Stromaustausch, sondern kann auch dazu dienen, Schwankungen im Stromangebot im europäischen Zusammenhang auszugleichen. Eine europäische Betrachtung des Netzausbaus und die Zusammenarbeit zwischen Ländern sind für die Netzstabilität von zentraler Bedeutung.
Wirtschaftlichkeit von Gleichstromleitungen
Die Umstellung von Wechselstrom auf Gleichstromübertragungsleitungen wird als innovative Lösung präsentiert, um den Verlust bei der Stromübertragung über lange Strecken zu minimieren. Schäfer erläutert, dass Gleichstromtechnologien bereits Vorteile aufweisen können und sich potenziell auch langfristig mit bestehenden Wechselstromnetzen kombinieren lassen könnten. Diese Umstellung könnte vorangetrieben werden, um die Effizienz der Stromübertragung zu erhöhen und die Erneuerbaren Energien besser in den Markt zu integrieren. Dennoch gibt es Herausforderungen hinsichtlich der bestehenden Infrastruktur und den hohen Kosten des Umbaus.
Einfluss von Wetter- und Marktverhältnissen auf Strompreise
Schäfer analysiert den Einfluss von Wetterbedingungen und externen Marktverhältnissen auf die Strompreise und die Energieversorgung. Er stellt fest, dass eine Zunahme an erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne zunächst zu niedrigeren Preisen führt, jedoch die Notwendigkeit für Speichern und Regulierungskonzepte erhöht, um Supply und Demand auszugleichen. Er erörtert, wie durch die Analysemethoden der künstlichen Intelligenz der Spread der Preisveränderungen und deren Transparenz in der Zukunft verbessert werden könnten. Sein Ansatz zeigt das Potenzial, durch datengetriebenes Lernen die Preisbildung und Marktverhältnisse besser zu verstehen und zu steuern.
TT-Prof. Dr. Benjamin Schäfer ist ein theoretischer Wissenschaftler, der verschiedene komplexe Systeme mit Schwerpunkt auf Energiewende, Nachhaltigkeit und Klimawandel analysiert. Der Schwerpunkt seiner Forschung liegt auf dezentralen Bottom-up-Ansätzen, z. B. zur Steuerung von Stromnetzen.
Forschungsgruppe: https://www.iai.kit.edu/gruppen_4102.php
persönliche Website: https://www.benjaminschaefer.org/
0:00 Intro 2:27 Schwarmverhalten 6:55 Digitalisierung Stromnetz 10:17 Stromleitungen 12:52 Gleichstrom oder Wechselspannung 14:27 Brass Paradox 23:15 Europäisches Stromnetz 27:02 Messkampagne in Europa 31:39 Lokales Netz 35:07 Netz oder Speicher 39:16 Preis für Stromtransport 43:55 Simulation der Verbraucher 50:12 Strompreis für Erneuerbare 56:27 Auslastung der Stromleitungen 1:00:01 Künstliche Intelligenz (KI) 1:05:22 Einfluss von Ländern mit KI erkennen 1:09:27 Extremfälle verstehen 1:14:27 Regeltechnik oder KI 1:16:59 Bedeutung chatGPT 1:21:27 Wird der Professor überflüssig 1:25:27 Gesellschaftliche Spaltung
Meine Videos zeigen die verschiedenen Ansichten zum weiten Feld der Energieerzeugung, Versorgung und des Verbrauchs. Damit die Informationen hochwertig sind, spreche ich mit echten Experten, die durch wissenschaftliche Leistung und langjährige Erfahrung mit dem Thema vertraut sind. Da ich selbst promovierter Physiker bin, als Professor an der Hochschule arbeite und seit über 20 Jahren in Energiethemen arbeite, traue ich mir kluge Fragen zu.
Ich wünsche mir, dass meine Zuschauer dadurch echte Bildung zu dem Thema Energie bekommen und nicht nur Schlagzeilen, die für ein so komplexes Thema nicht weiterhelfen.
