Laufende Projekte am Zentrum für sichere Energieinformatik
WhichWay
Intelligente Energiesysteme - IoT Middleware Plattformen, Security und Privacy
Konzepte für zukünftige, nachhaltige Energiesysteme sind durch eine radikale Änderung des gesamten Systems gekennzeichnet. Zukünftige intelligente Energiesysteme verschmelzen zu einem integrierten Gesamtsystem, welches verschiedene Sektoren, (dezentrale) Erzeugungsanlagen und Energiespeicher intelligent miteinander verbinden muss.
Die wachsende Verfügbarkeit verschiedener energierelevanter Daten birgt ein großes Potential, um bestehende Systeme ökonomisch und ökologisch effizienter zu betreiben. Dazu bedarf es einer Infrastruktur, in der Energie und Informationen nahtlos in Echtzeit übermittelt werden, um eine zuverlässige und wirtschaftlich tragfähige Energieversorgung zu ermöglichen. Weiters werden für die Erzeugung, Bereitstellung und Auswertung dieser großen Datenmengen innovative Lösungen basierend auf künstlicher Intelligenz, statistischer Methode und traditioneller physikalischer Modellierung benötigt. Internet of Things (IoT)-Technologien sind das Rückgrat und ein Enabler dieser intelligenten Systeme. Das IoT ist ein Netzwerk eindeutig indentifizierbarer Entitäten, die mit minimaler menschlicher Intervention Daten und Befehle austauschen.
Universelle Standards und IoT Middleware Plattformen
Viele Entitäten im IoT sind nur mit jenen vom selben Anbieter kompatibel. Daraus ergibt sich eine zentrale Schwierigkeit im IoT. Erfolgreiche Machine-to-Machine-Kommunikation setzt voraus, dass die Kollaborateure eine gemeinsame Sprache verwenden. Um Interoperabilität zu erreichen gibt es zwei Möglichkeiten: die Etablierung eines universellen Standards, oder die Verwendung von Middleware als Übersetzer.
Security und Privacy
Die in IoT-Anwendungen anfallenden Daten beinhalten nicht nur Kontroll- und Steuerdaten, sondern potentiell auch personenbezogene Daten. Dies erfordert Maßnahmen für die Wahrung der IT-Sicherheit (Security) und des Schutzes der Privatsphäre (Privacy). In bestehenden Technologien werden diese Punkte oft unzureichend adressiert. Aktuell fehlt es an Analysen, welche Maßnahmen analysieren, die für Gewährleistung von security und privacy in Form von „Security by design“ und „Privacy by design“ direkt in der Middleware verankern.
Motivation für das Projekt
Obwohl in anderen laufenden Projekten IoT-Plattformen eingesetzt und weiterentwickelt werden, wurden fundamentale Fragestellungen noch gar nicht oder nur unzureichend adressiert. Dazu gehören u.a. Privacy und Security Aspekte, funktionale und nichtfunktionale Anforderungen an IoT-Plattformen aus der Perspektive verschiedener Stakeholder sowie zugrundeliegende Ontologien.
Diese Aspekte werden im gegenständlichen Projekt WhichWay adressiert, um IoT-Technlogien und darauf aufbauende innovative Technologien und Energy Services wie Digital Twins, selbstlernende Algorithmen für Regelung, Optimierung und Diagnose, etc. in reale Umsetzungen zu bringen.
Projektleitung (FHS): Andreas Unterweger
Projektteam (FHS): Lars-Kevin Klüver
Laufzeit: 03/2022 bis 02/2023
Fördergeber: FFG Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
Projektpartner:
Technische Universität Graz Institut für Softwaretechnologie (Projekt-Lead)
DILT Analytics GmbH
Fachhochschule Salzburg
Keywords: Privacy und Security, IoT Middleware, intelligente Energiesysteme
PRISMATICS
Privacy and Security for Modelling and Assessing Threats to Industrial Complex Systems
Im Kontext von modernen Industrieanwendungen (Industrie 4.0) erfolgt eine verstärkte Digitalisierung des Produktionsprozesses. Dabei werden räumlich und/oder logisch getrennte Produktionsstandorte in einem heterogenen Umfeld mit verschiedenen teilnehmenden Akteuren verknüpft. Dieser Prozess erfordert den Austausch von Daten. Diese Daten können einerseits sensible und sicherheitsrelevante Informationen für die beteiligten Unternehmen darstellen, andererseits aber auch persönliche Daten von Endkund*innen enthalten.
Ziel dieses Projektes ist die Analyse von repräsentativen Prozessen im industriellen Umfeld und die Anwendung von privatsphärenerhaltenden Technologien, um einerseits die Daten der Endkund*innen zu schützen und andererseits einen optimierten, auf Schutz der Informationen der Unternehmen bedachten Produktionsprozess zu ermöglichen. Dabei steht besonders das Abwägen von Privatsphäre und Sicherheit aus technischer Sicht im Verhältnis zum Nutzen für den Prozess im Vordergrund. Im Rahmen des Projektes werden dafür typische, repräsentative Prozesse gemeinsam mit regionalen Unternehmen analysiert und die Datenflüsse, die Akteure und die Datenkategorien erfasst. Diese Informationen dienen als Grundlage einer modellbasierten Analyse und einer Modellierung des Systems.
Auf Basis dieser modellbasierten Analyse können die beteiligten Akteure und die (möglicherweise verdeckten) Datenflüsse abgeleitet werden. Dazu erfolgt auch eine detaillierte inhaltliche Analyse der Daten mit u.A. maschinellem Lernen. Beides bietet die Grundlage zur gezielten Anwendung von privatsphärenerhaltenden Technologien, wobei hier verschiedene, dem Stand der Forschung entsprechende Technologien in Kombination mit Querschnittstechnologien angewendet und evaluiert werden.
Eine Erfüllbarkeit der Prozessziele soll im gegebenen organisatorischen, rechtlichen und technischen Rahmen ermöglicht werden; die Daten und die Privatsphäre der Endkund*innen dabei aber maximal geschützt werden können.
Projektkoordinator: Fachhochschule Salzburg GmbH (FHS)
Projektleitung (FHS): Günther Eibl
Laufzeit: 01.05.2021 – 30.04.2026
Fördergeber: Land Salzburg WISS 2025
Keywords: Industrial Security, Privacy und Security, Data Analytics
ECOSINT
Energy Community System Integration
Durch den Beschluss des Erneuerbaren-Ausbau-Gesetzes (EAG) wurde die gesetzliche Grundlage sowie weitreichende Möglichkeiten für Energiegemeinschaften geschaffen, als die neuen Akteure im Engergiesektor einen wesentlichen Beitrag zur Energie- und Klimawende zu leisten. Besonders von Bedeutung ist die gemeinschaftliche Erzeugung und der gemeinschaftliche Verbrauch von Energie im Rahmen von lokalen Energiegemeinschaften. Diese Local Energy Communities (LECs), speziell in der Ausprägung als Erneuerbare Energiegemeinschaften (EEG), haben das Potential, die Energiewende zu unterstützen und werden auf EU-Ebene, aber auch nationaler Ebene politisch und gesellschaftlich unterstützt. Die Definition des regulatorischen und gesetzlichen Rahmens ist erfolgt, die technische Umsetzung ist noch weitgehend offen.
Eine geschickte und effiziente Integration von LECs ins Gesamtsystem ist notwendig, damit die LECs einerseits ihre eigenen Ziele verfolgen können, andererseits aber einen Beitrag für das Gesamtsystem leisten können. Momentan existiert noch keine Vision für die digitale Integration von LECs. Dies birgt die Gefahr, dass ein Wildwuchs verschiedener Lösungen entsteht, welche ineffizient, unabgestimmt und nicht erweiterbar agieren.
Genau hier setzt das Projekt ECOSINT an: die Ermöglichung der smarten Integration von LECs ins Gesamtsystem. Insgesamt wird durch dieses Projekt die Basis geschaffen, um LECs effizient und sicher zu integrieren und zu betreiben, ihre internen Ziele zu gewährleisten und gleichzeitig den Nutzen für das Gesamtenergiesystem zu optimieren.
Details finden Sie auf der Projektwebsite: Mehr
Projektkoordinator: Fachhochschule Salzburg GmbH
Projektleitung (FHS): Günther Eibl
Laufzeit: März 2021 - Februar 2024
Fördergeber: FFG Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
Projektpartner:
Energie-Control Austria (E-Control)
Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz
Netz Oberösterreich GmbH
Salzburg Netz GmbH
Ökostrombörse Salzburg
Salzburg Research Forschungsgesellschaft mbH
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Siemens AG Österreich
Keywords: Local Energy Communities, IT-Architektur, Privacy und Security, Ausbau erneuerbarer Energien
5G Exploration Space Salzburg
Die 5. Generation des Mobilfunks (5G) ist eine vielversprechende Technologie. Damit der Mehrwert der neuen Technologie auch tatsächlich nutzbar wird, bedarf es einer systematische Überprüfung der versprochenen Eigenschaften von 5G. So kann das Vertrauen in diese neue Technologie gesteigert und das gesamte Potential entfaltet werden.
5G verspricht nicht nur Spitzendatenraten bis zu 10 Gigabit pro Sekunde, sondern vor allem niedrige Latenzzeiten, hohe Verfügbarkeit, hohe Zuverlässigkeit sowie lange Batterielaufzeiten. Die Konfiguration eines 5G-Netzes wird allerdings ein ständiger Kompromiss sein, denn alle Eigenschaften können nicht gleichzeitig gleich gut erfüllt werden. Ziel des 5G Exploration Space Salzburg (5G-EXPS) ist es daher durch interdisziplinäre Kooperation eine 5G Forschungsinfrastruktur zu schaffen und anzuwenden, welche die internationale Sichtbarkeit von IKT am Standort Salzburg erhöht.
Vier Salzburger Use Cases
Vier konkrete Anwendungen werden im 5G Exploration Space Salzburg umgesetzt. Sie legen den Fokus auf Anforderungen, die 4G-Netze derzeit noch nicht leisten können. Das 5G-Netz wird dazu in verschiedenen Konfigurationen betrieben, um zu evaluieren, mit welcher Konfiguration welche Leistungsmerkmale erreicht werden können:
- Kollaborative Gestaltung des urbanen Raums: Entwicklung einer Anwendung für eine augmentierte Realität, um in der Science City Itzling kollaboratives urbanes Design zu ermöglichen.
- 5D Smart Campus: Schaffung eines smarten 5D-Systems (Raum, Zeit & Kontext), das durch eine Kombination von 3D-Datengrundlagen, fix positionierten Sensoren und mobilen Endgeräten smarte Services für User und Facility Management ermöglicht.
- Fernsteuerung von Industrie-Robotern: Roboter werden über ein 5G--Netz innerhalb von Labors (am Shop-Floor) und von anderen mobilen Standorten aus (netzwerkübergreifend) ferngesteuert.
- Echtzeitfeedback im Sport: Mit Sensoren werden die Bewegungen von Sportlern erfasst und an eine Cloudanwendung übertragen. Dort erfolgt eine Sensor-Fusion und die Ergebnisse werden wieder zu den Sportlern übertragen, um ihnen in Echtzeit Feedback geben zu können.
Die FH Salzburg wird ausgewählte Szenarien bzgl. Security und Privacy evaluieren. Darüber hinaus arbeitet die FHS gemeinsam mit der Salzburg Research Forschungsgesellschaft mbH (SRFG) am Use-Case zur Fernsteuerung von Industrie-Robotern.
Dominik Engel, Projektleiter an der FH Salzburg: "Gemeinsam mit der SRFG soll ein industrielles Testbed für die Messung und Dokumentation von Echtzeitverhalten und Determinismus in 5G etabliert werden. Zuerst werden getrennt voneinander am Standort Urstein sowie am Standort Itzling Szenarien mit Robotern erarbeitet, bei denen 5G als Teil der Steuerkette verwendet wird. In Messungen werden Latenz und minimale Zykluszeiten ermittelt. Abschließend soll ein standortübergreifender Demonstrator das verteilte Zusammenspiel zweier Anlagen mittel 5G ermöglichen, um zusätzliche Messungen und Aussagen machen zu können."
Projektleitung (FHS): Dominik Engel
Laufzeit: Jul. 2020 - Jun. 2023
Budget: € 1.340.350 (Gesamtbudget)
€ 297.922 (Budget FHS)
Förderquote: 80 %
Fördergeber: Land Salzburg
Projektpartner: Salzburg Research Forschungsgesellschaft mbH (Lead)
Universität Salzburg (PLUS)
Research Studio Austria FG iSpace (iSPACE)
Keywords: 5G, Security, Privacy
Digital Energy Twin: Optimised Operation and Design of Industrial Energy Systems
Ziel von DigitalEnergyTwin ist es, die Industrie mit einer Methode und einem Softwaretool dabei zu unterstützen, den Betrieb und die Auslegung des industriellen Energieversorgungssystems zu optimieren.
Durch die Anwendung der Methode des Digitalen Zwillings werden detaillierte Modelle für ausgewählte energierelevante Prozesse und erneuerbare Technologien entwickelt, validiert und vereinfacht. Kern des Projektes ist die Entwicklung eines Optimierungsansatzes sowohl anhand standardisierter Beispiele als auch realer Anwendung in der produzierenden Industrie (Leiterplattenherstellung). Damit wird erstmals eine Lösung für das Spannungsfeld zwischen volatiler erneuerbarer Energieversorgung und deren effizienter Nutzung für fluktuierenden Energiebedarf auf Prozessebene in der Industrie entwickelt.
Die gewählte Methode erlaubt die Nutzung für den Energiemanager 4.0 im Rahmen virtueller (und erweiterter) Realität. Durch die Modularität und standardisierte Entwicklung wird ein maximaler Impact erreicht und Multiplizierbarkeit in anderen Industriesektoren gewährleistet. Dadurch kann die Industrie unterstützt werden, Kosten und Investitionsrisiken erneuerbarer Energiesysteme zu senken und damit deren Anteil signifikant zu erhöhen.
Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „Energieforschung (e!MISSION)“ durchgeführt.
Projektteam: Dominik Engel, Andreas Unterweger
Laufzeit: Nov. 2019 - Okt. 2023
Budget: € 3.497.143 (Gesamtbudget)
€ 200.213 (Budget FHS)
Förderquote: 82,8 %
Fördergeber: FFG Energieforschung
Projektpartner: AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (kurz: AEE INTEC, Projektkoordinator)
Schmoll Maschinen GmbH
ENEXSA GmbH
Montanuniversität Leoben
Bravestone Information - Technology GmbH
Eberle Automatische Systeme GmbH & Co KG
Technische Universität Graz
Fachhochschule Vorarlberg GmbH
ENERTEC Naftz & Partner GmbH & Co KG
AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft
Keywords: Industry, Energy System, Low-Exergy, Process Demand, Heat integration
FNT: Future Network Tariffs
Faire Stromtarife: Wer zahlt in Zukunft die Netzinfrastruktur?
Mehr dezentrale Stromerzeugung und intelligente Stromzähler, sogenannte Smart Meter, eröffnen neue Möglichkeiten für die Netztarife. Aber wer soll künftig wie viel für die Bereitstellung des Stromnetzes zahlen und wie fair ist das?
Das Ziel des Projektes FNT ist es, neue Möglichkeiten zur Gestaltung der Netztarife aufzuzeigen, die den grundsätzlichen Anforderungen an soziale Verträglichkeit, Fairness, Gleichbehandlung, technische Machbarkeit, Netzdienlichkeit, Sicherheit und Verständlichkeit entsprechen. Darüber hinaus sollen diese neuen dynamischen Netztarife die effiziente Verwendung von Energie unterstützen und auch innovative Geschäftsmodelle, z.B. im Bereich der Eigenverbrauchsoptimierung, unterstützen.
Die bestmögliche Erfüllung von verschiedenen, oftmals in Konkurrenz stehenden Anforderungen entwickelt sich europaweit aktuell zu einem wesentlichen Forschungsthema. Was bisher, speziell für Österreich, fehlt, ist eine interdisziplinäre Gesamtbetrachtung des Themas unter Einbeziehung aller relevanten Stakeholder, um die Herausforderungen an neue Netztarife aus den technischen, wirtschaftlichen, sozio-ökonomischen, politischen, regulatorischen und organisatorischen Blickwinkeln zu analysieren und dabei Wechselwirkungen zu identifizieren. Die Betrachtung erfolgt anhand konkreter Anwendungsfälle, wie etwa Anreizwirkung für netzdienliches Verhalten, Local Energy Communities oder Elektromobilität.
Das Sondierungsprojekt FNT bereitet die Forschungsagenda für eine gesamtsystemische Betrachtung dynamischer Tarife und ihres Umfelds vor. Die Erforschung erfolgt aus dem Blickwinkel von Österreich unter Einbeziehung europäischer Rahmenbedingungen und existierender Erkenntnisse und Ergebnisse.
Neben der Erstellung eines integrierten Forschungsansatzes für ein Folge(leit-)projekt werden in ausgewählten Bereichen auch schon erste Bewertungen der Tarifmodelle vorgenommen, insbesondere sozioökonomische Implikationen, technische Machbarkeit und Anforderungen an IT-Sicherheit sowie Benutzerakzeptanz.
Projektteam: Dominik Engel, Günther Eibl
Laufzeit: März 2019 - Februar 2020
Budget: € 199.786,- (Gesamtbudget)
€ 73.275,- (Budget FHS)
Förderquote: 80 %
Fördergeber: Klima- und Energiefonds, Energieforschung (e!MISSION)
Projektpartner: Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz
Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.
Energie-Control Austria für die Regulierung der Elektrizitäts- und Erdgaswirtschaft (E-
Control)
Netz Oberösterreich GmbH
Salzburg Netz GmbH
Keywords: Stromnetze, Smart Metering, Netztarif
VirtueGrid: Open and Extendable Remote Control Networks for Distribution Grid Operation
Um erneuerbare Energien in der Stromversorgung verstärkt nutzen zu können, wird die zentral gesteuerte Netzinfrastruktur zu einem dezentral gesteuerten System, dem Smart Grid umgewandelt. Im Smart Grid kann ein energie- und kosteneffizientes Gleichgewicht zwischen Stromerzeugern, Stromverbrauchern und auch Stromspeichern geschaffen werden.
Damit das Smart Grid funktioniert, wird eine flexible IKT-Infrastruktur benötigt, die sich den ständig ändernden Anforderungen wie Netz- und Systemregeln, sogenannten GridCodes, neuen Anwendungen wie der Nutzung von Elektromobilität, und der wachsenden Anzahl an Netzteilnehmern anpasst. Da das Stromnetz darüber hinaus eine kritische Infrastruktur darstellt, muss das Smart Grid entsprechende Vorkehrungen treffen, um Teilausfälle möglichst rasch kompensieren zu können. Die Konfiguration soll effizient über hoch flexible, zentrale Software erfolgen können, um die Zukunftsoffenheit, Erweiterbarkeit und Sicherheit der IKT-Infrastruktur auch wirtschaftlich zu gewährleisten. Dazu sind verschiedene Techniken zur so genannten Netzwerkvirtualisierung, wie etwa Software-defined Networking (SDN), geeignet.
Das Forschungsprojekt VirtueGrid untersucht nun die Frage, inwieweit diese Virtualisierungstechniken die derzeitigen und kommenden Anforderungen an die IKT-Infrastruktur am besten unterstützen können. Dazu werden in VirtueGrid zunächst verschiedene Szenarien definiert, aus denen Anforderungen an die IKT-Infrastruktur erwachsen.
Eine wichtige Anforderung dabei ist, die steigende Zahl an Netzteilnehmern zu integrieren, da in Zukunft sehr viel mehr Haushalte Strom aus Photovoltaikanlagen ins Netz speisen und Elektrofahrzeuge nutzen werden. Dem Stromnetz steht hier ein sprunghafter Anstieg an zu kommissionierenden Datenpunkten bevor. Daher ist die Skalierbarkeit, die Wachstumsfähigkeit des Stromnetzes, ein wesentlicher Aspekt, der mit Virtualisierung unterstützt werden kann.
Ein weiterer Punkt ist die Kompensation von möglichen Teilausfällen des Energie- und/oder des IKT- Netzes, um einen effizienten Netzbetrieb aufrecht zu erhalten. Das Smart Grid soll idealerweise selbst erkennen, wenn Ausfälle auftreten und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. Diese können zum Beispiel die Definition alternativer Routen sein, die Strom- oder Datenflüsse an ihr jeweiliges Ziel bringen.
Für diese Szenarien werden in VirtueGrid von den Forschern der FH Salzburg und der Projektpartner mögliche Lösungskonzepte mit geeigneten Techniken der Netzwerkvirtualisierung entwickelt, sowie mit Simulationen, Labor- und Feldtests evaluiert.
Projektteam: Armin Veichtlbauer, Oliver Langthaler, Ulrich Pache
Laufzeit: Mai 2017 - April 2020
Budget: € 1,910.933,- (Gesamtbudget)
€ 303.950,- (Budget FHS)
Förderquote: 80 %
Fördergeber: Klima- und Energiefonds, Energieforschung (e!MISSION)
Projektpartner: AIT Austrian Institute of Technologie GmbH
KELAG-Kärntner Elektrizitäts-Aktiengesellschaft
Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.
Siemens Aktiengesellschaft Österreich
Alcatel-Lucent Austria AG
LINZ STROM GmbH für Energieerzeugung, -handel,
-dienstleistungen und Telekommunikation