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5G Infrastrukturen für zellulare Energiesysteme unter Nutzung künstlicher Intelligenz

Der neue Übertragungsstandard 5G ermöglicht einen schnelleren, sichereren sowie zuverlässigeren Datenaustausch und bietet auf diese Weise Raum für innovative Lösungen bestehender Probleme. Ein zentrales Anwendungsgebiet der 5G-Technologie wird zukünftig der Energiesektor darstellen.

Ausgangslage

Bedingt durch den Ausbau dezentraler, erneuerbarer Energiequellen sowie steuerbarer Lasten und Speicher (z.B. Elektromobilität) gewinnt die Kontrolle von Energiesystemen – mit dem Ziel der Stabilitätshaltung – zunehmend an Komplexität. Gleichzeitig soll der Ausbaubedarf des Stromnetzes möglichst gering gehalten werden. Ein Lösungsansatz zur Bewältigung dieser Herausforderung ist die Einteilung des Energienetzes in Zellen, innerhalb derer ein dezentrales, weitgehend autonomes Last- und Einspeisemanagement durchgeführt wird.

Ziele des Gesamtvorhabens

Die wesentlichen Ziele des Projektes sind die Entwicklung und Evaluierung von Konzepten für zellulare Energiesysteme, deren regionales Entnahme- und Erzeugungs-verhalten mittels maschineller Lernverfahren optimiert wird. Die Abrechnung in solchen autonomen Energiezellen erfolgt direkt zwischen den involvierten Einheiten (Smart Contracts). Weiterhin wird die Machbarkeit zusätzlicher, erst durch 5G-Netze ermöglichter Dienste, wie z.B. die Datenraten-intensive, automatisierte Fernwartung verteilter Infrastrukturen durch Drohnen, analysiert. Die dafür erforderliche Vernetzung aller Einheiten einer Zelle unter Einhaltung notwendiger Dienstgütegarantien kann nicht über aktuelle, öffentliche IKT-Infrastrukturen (LTE, etc.) umgesetzt werden. Hingegen ermöglichen neuartige 5G Mobilfunknetze über den Einsatz von Network Slicing eine dynamische, dedizierte Zuweisung von ortsbezogenen Übertragungsressourcen auf Basis geteilter Kommunikationsinfrastrukturen (Regional Network Slices) für Energiesystemanwendungen. Sich dabei eröffnende neue Geschäftsmodelle werden hierbei ebenso erforscht wie sich durch die zellulare Struktur des Lösungsansatzes ergebenen Wechselwirkungen mit der Stadtentwicklung.

Aufgaben des Instituts

Das Institut für Städtebau erforscht im Projekt die vielfältigen Wechselwirkungen der neu zu schaffenden 5G-Infrastruktur mit der Stadtplanung. So wird zum einen die Integration der 5G-Infrastrukturen in den Stadtraum untersucht. Zum anderen werden die unmittelbaren und mittelbaren Auswirkungen der 5G-Anwendungen auf die Stadtgestaltung herausgearbeitet, analysiert und für zukünftige Vorhaben in ein Transferkonzept überführt.

Laufzeit

Dezember 2019 bis September 2023

Fördermittelgeber

  • BMWi

Kooperationspartner

  • adesso AG, Dortmund
  • Dortmunder Energie- und Wasserversorgung GmbH (DEW21)
  • urban ENERGY, Berlin
  • PHYSEC, Bochum
  • Stadt Dortmund
  • Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
  • Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, TU Dortmund
  • Innogy SE, Essen

Projektabschluss

Nach knapp vier Jahren endete im September 2023 das BMWK-geförderte Forschungsprojekt 5Gain (5G Infrastrukturen für zellulare Energiesysteme unter Nutzung künstlicher Intelligenz). Das interdisziplinäre Projektkonsortium aus Forschung, Industrie und Verwaltung beschäftigte sich intensiv mit dem Einsatz von künstlicher Intelligenz und 5G im Energiesektor. Für das Institut für Städtebau lag der Fokus auf der 5G bedingten stetigen Zunahme von neuen Antennenanlagen und deren gestalterische sowie gesellschaftlich akzeptierte Integration in den urbanen Raum. Wir blicken auf eine erfolgreiche Zusammenarbeit und spannende Erkenntnisse zurück, auf denen bereits in neu gestarteten Forschungsvorhaben aufgebaut wird.

Weitere Informationen zum Projektabschluss finden Sie hier.