Umweltinformatik

Projektgruppe Smart Energy Agents @Home

Sommersemester 2011 - Wintersemester 2011/12

Betreuer: 

  • Prof. Dr. Michael Sonnenschein
  • Dr. Ute Vogel
  • M. Sc. Christian Hinrichs

Motivation und Problemstellung

Das Konzept "Internet der Dinge" bezeichnet eine Vernetzung von beliebigen Geräten im Alltag. Mittels aktueller Mikroelektronik ist es heute möglich, sowohl Sensorik, Aktorik als auch Stromversorgung auf kleinstem Raum zu realisieren. Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, die von reiner Unterhaltung und Komfortfunktionen bis hin zu Sicherheitssystemen und Automatisierungstechnik reichen.

Im Umfeld der Umweltinformatik ist hier der Aspekt der Verbrauchsoptimierung von Geräten in Hinblick auf ökologische und ökonomische Kriterien interessant. Dazu ist es erforderlich, intelligente Software zu schreiben, durch welche die einzelnen Geräte sinnvoll gesteuert werden können. Diese Steuerung kann entweder zentral geschehen oder aber auch mittels verteilter Intelligenz auf Geräteseite in Form von autonomen Softwareagenten.

Für die Projektgruppe soll das Szenario des elektrisch selbstversorgenden Hauses als Rahmen dienen. Hierbei handelt es sich um einen Haushalt, der mit lokalen Energiegewinnungsanlagen wie Photovoltaik (PV), Windenergie (WEA) und einem Mikro-Blockheizkraftwerk (µBHKW) ausgestattet ist. Aufgrund mangelnder Optionen, elektrische Energie effizient zu speichern ist es nun das Ziel, basierend auf Einspeiseprognosen sowie tatsächlicher Einspeisung die Verbraucher so zu koordinieren, dass die zur Verfügung stehende Energie möglichst optimal genutzt wird.

Möglichkeiten hierzu finden sich in der Fähigkeit einiger Geräte, ihre elektrische Last um einen gewissen Zeitraum zu verschieben. So sind etwa thermische Geräte wie Kühlschränke und Boiler mit Wasserspeicher nicht darauf angewiesen, zu exakten Zeitpunkten Energie aufzunehmen. Auch neuartige Geräte wie programmierbare Waschmaschinen und Geschirrspüler, die eine Angabe des spätesten Zeitpunktes erlauben, zu dem die Arbeit fertig gestellt sein soll, eignen sich für diesen Zweck.

Aufgaben der Projektgruppe

Ein Softwaresystem zur InHouse-Automatisierung wird zur Verfügung gestellt und kann von der PG verwendet werden, falls gewünscht. Dieses System erlaubt es, mit Geräten über die Stromleitung zu kommunizieren, sofern diese über entsprechende Hardware verfügen. Alternativ unterstützt das System einen Simulationsmodus, in welchem die Geräte virtuell in Form von Softwaremodellen vorliegen und dabei über die gleiche Schnittstelle wie im realen Modus angesprochen werden. Dies macht es möglich, ein Steuerungssystem zunächst virtuell zu implementieren, und dann anschließend ggf. in Hardware umzusetzen, oder sogar eine Hardware-in-the-loop Simulation durchzuführen.

Konkrete Aufgaben der PG:

  • Erweiterung eines Softwaresystems zur InHouse-Automatisierung um virtuelle Modelle von Verbrauchern und lokalen Erzeugern (die formalen Modelle sind bekannt und müssen nicht erst entwickelt werden), welche im Simulationsmodus angesprochen werden können
  • Realisierung eines intelligenten Koordinationsverfahrens, bevorzugt mittels autonomer Softwareagenten in den virtuellen Gerätemodellen
  • Implementierung einer geeigneten Visualisierung, um das System als Demonstrator verwenden zu können

Ziel der Koordinierung ist es zunächst, den "Eigenverbrauch" des modellierten Hauses zu optimieren (d.h. der priorisierte Verbrauch des selbst erzeugten Stroms). In einem zweiten Schritt könnte eine extern vorgegebene Soll-Lastkurve (beispielsweise von einem Energieversorgungsunternehmen) als Optimierungsziel dienen. Dazu müssen jeweils Einspeiseprognosen der lokalen Erzeuger und ggf. Verbrauchsprognosen der Verbraucher betrachtet werden, um aufbauend auf diesen Informationen den Einsatz bestimmter Geräte zu verschieben.

Als Koordinationsmechanismen könnten beispielsweise Marktplatzverfahren oder andere Selbstorganisationsverfahren zum Einsatz kommen.

Und was dann...?

Die Ergebnisse der Projektgruppe sollen mittels der zu entwickelnden Visualisierung als Demonstrator auf Messen einsetzbar sein. Ggf. ist eine Präsentation auf der EnviroInfo o.ä. möglich. Hier bietet sich auch regelmäßig die Teilnahme am Wettbewerb zum Students Prize an, der letztes Jahr mit 300, 600 und 1200 € Preisgeld ausgezeichnet war. Der erste Preis ging bereits einmal an eine PG aus unserer Abteilung, vielleicht schaffen Sie das auch!

Es bietet sich im Anschluss an die Projektgruppe auch die Möglichkeit, eine Abschlussarbeit zu diesem oder einem ähnlich interessanten Thema in unserer Abteilung zu verfassen.

Zu den Social Events zählt auf jeden Fall die traditionelle Grillfeier der Umweltinformatik im Sommer.