Erneuerbare Energie neu gedacht
Mit der Transformation des Energiesystems wächst die Bedeutung erneuerbarer Energiequellen, die kontinuierlich verfügbar sind und zur Versorgungssicherheit beitragen können. Die Energyfish-Technologie nutzt die kinetische Energie fließender Gewässer und erzeugt Strom direkt aus der natürlichen Strömung eines Flusses. Mehrere Anlagen werden dabei zu sogenannten Schwarmkraftwerken zusammengeschlossen und speisen den erzeugten Strom dezentral in lokale Netze ein. Als hydrokinetisches Kraftwerk arbeitet die Technologie unabhängig von Tageszeit und Wetterbedingungen und kann damit einen Beitrag zu einer resilienten und nachhaltigen Energieversorgung leisten.
Gleichzeitig verfolgt die Technologie einen konsequent ökologischen Ansatz. Während klassische Wasserkraftwerke häufig mit Gewässerverbauungen, Eingriffen in die natürliche Flussdynamik und Auswirkungen auf Fischpopulationen verbunden sind, wurde der Energyfish mit dem Ziel entwickelt, solche Belastungen weitgehend zu vermeiden. Die Anlagen kommen ohne Staumauern aus, nutzen die vorhandene Strömung und wurden speziell mit Blick auf Fischverträglichkeit und Umweltverträglichkeit konzipiert.
Besondere Relevanz erhält das Projekt durch die geplante Skalierung der Technologie in realen Einsatzszenarien. Mit dem im Rhein bei St. Goar entstehenden Schwarmkraftwerk entsteht derzeit das weltweit erste Projekt dieser Art in industrieller Größenordnung. Dort sollen 124 Energyfish zu einem Kraftwerksverbund zusammengeschlossen werden, der grundlastfähigen erneuerbaren Strom direkt aus der Flussströmung erzeugt.
Digitale Zwillinge als Schlüssel resilienter Energieinfrastrukturen
Der wissenschaftliche Beitrag von fortiss liegt auf der Entwicklung und Validierung digitaler Zwillinge für kritische Energieinfrastrukturen. Im Projekt RIVER werden reale Betriebs-, Sensor- und Umweltdaten kontinuierlich mit Simulationsmodellen verknüpft, um ein möglichst präzises digitales Abbild der Kraftwerke zu erzeugen. Dieses ermöglicht es, Anlagenzustände in Echtzeit zu analysieren, Systemverhalten vorherzusagen und Optimierungspotenziale frühzeitig zu identifizieren.
Die Forschungsarbeiten bündeln dabei die Expertise der fortiss-Kompetenzfelder Architectures and Services for Critical Infrastructures, Automated Software Testing und Industrial Internet of Things, die ihre jeweiligen Forschungsansätze gemeinsam in die Entwicklung, Analyse und Validierung der digitalen Infrastruktur einbringen.
Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Zuverlässigkeit digitaler Zwillinge unter realistischen und extremen Betriebsbedingungen. fortiss entwickelt hierfür Methoden zur datengetriebenen Modellierung, automatisierten Testfallgenerierung und simulationsbasierten Analyse von Robustheit, Fehlermodi und Systemverhalten. Ziel ist es, die sogenannte Sim-to-Real-Lücke zwischen virtuellen Modellen und realen Anlagen systematisch zu reduzieren und damit die Aussagekraft und Vertrauenswürdigkeit digitaler Zwillinge für kritische Infrastrukturen deutlich zu erhöhen.
KI-gestützte Systeme für Verfügbarkeit und Skalierbarkeit
Neben den digitalen Zwillingen entwickelt fortiss gemeinsam mit Energyminer eine resiliente IoT-Edge-Cloud-Infrastruktur, die die sichere Kommunikation zwischen den einzelnen Energyfish-Kraftwerken, den Landstationen und cloudbasierten Analysesystemen ermöglicht. Sie bildet die Grundlage für die Vernetzung, Überwachung und Skalierung zukünftiger Kraftwerksverbünde.
Auf Basis dieser Infrastruktur entstehen KI-gestützte Verfahren für die vorausschauende Wartung. Durch die intelligente Auswertung von Betriebsdaten sollen Abweichungen frühzeitig erkannt, Wartungsmaßnahmen gezielter geplant und Ausfallzeiten reduziert werden. Ergänzend werden Umwelt- und Gewässerdaten erfasst, die künftig auch für Anwendungen im Umweltmonitoring, Gewässermanagement und in der Hochwasserfrüherkennung genutzt werden können.
„Die Kombination aus digitalen Zwillingen und datenbasierten Analyseverfahren eröffnet neue Möglichkeiten, Energieinfrastrukturen effizienter und robuster zu betreiben. RIVER bietet uns die Chance, diese Ansätze in einem hochinnovativen Anwendungsfeld zu erforschen“, sagt Prof. Dr. Andrea Stocco, Projektverantwortlicher bei fortiss.
Forschung mit Wirkung für Energiewende und Technologiestandort Bayern
Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse reichen weit über die konkrete Anwendung im Energyfish hinaus. Sie schaffen die Grundlage für den Einsatz datengetriebener Methoden in weiteren Bereichen der Kleinwasserkraft und erneuerbaren Energien. Damit leistet RIVER einen Beitrag zur Digitalisierung kritischer Energieinfrastrukturen und stärkt zugleich Bayerns Position als Innovationsstandort für nachhaltige Energietechnologien.
