WeForming
Gebäude als effiziente und interoperable Bausteine des zukünftigen Energiesystems
Forschungsschwerpunkt
Sustainable Engineering and Energy
Nachhaltigkeit ist von zentraler Bedeutung, da sie sicherstellt, dass die Bedürfnisse der heutigen Generation berücksichtigt werden, ohne die Ressourcen und Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden. Angesichts des Klimawandels und der Ressourcenknappheit ist nachhaltiges Handeln dringend geboten und von entscheidender Bedeutung, um langfristig wirtschaftliche, soziale und ökologische Stabilität zu gewährleisten.
2025 führen wir im Forschungsschwerpunkt die Erforschung und Gestaltung von nachhaltigen IT-Innovationen in den Querschnittsbereichen von Energie, Mobilität, Produktion, Wasserwirtschaft und Logistik zusammen. Das Spektrum reicht dabei von hochautomatisierten und skalierbaren Prozessen für Stromnetzbetreiber mit dem Ziel der Digitalisierung von Stromnetzen über die Forschung für nachhaltige Wasserwirtschaft bis hin zu Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft. Auch der Transfer von Innovationen bis hin zur Entwicklung nachhaltiger Geschäftsmodelle stehen im Fokus. In Verbundprojekten sowie in bilateralen Kooperationen forscht das FZI gemeinsam mit Industrie- und Anwendungspartnern an praxisrelevanten Forschungsergebnissen.
Zudem bringen wir die fachliche Expertise in die Ausbildung von Klima-Coaches im Rahmen des Mittelstand-Digital Zentrum Klima.Neutral.Digital ein und schaffen damit ein umfassendes Unterstützungsangebot für kleine und mittlere Unternehmen.
Digitale Zwillinge von Stromnetzen
Wir übertragen das Konzept digitaler Zwillinge auf Stromnetze, um aus Bestands- und Messdaten hochautomatisiert – und damit skalierbar – rechenbare digitale Abbilder der Stromnetze zu erstellen. Dies unterstützt die Stromnetzbetreiber bei der Bewältigung der Herausforderungen, die durch die Verbreitung dezentraler Prosumersysteme wie PV-Anlagen, Batteriespeicher, Ladesäulen und Wärmepumpen auf die Stromnetze zukommen.
Energiewende in der Stadt
Die klimaanpassende Neugestaltung von Stadtquartieren wollen wir durch die Entwicklung KI-gestützter Werkzeuge beschleunigen. Ansätze generativer KI können Stadtplaner*innen interaktiv bei der Gestaltung von 3D-Modellen einzelner Quartiere oder Stadtteile unterstützen. Und sie können dabei helfen, einen holistischen Optimierungsansatz zu verfolgen, der neben dem thermischen Komfort auch Luftschneisen, Entwässerungspotenziale und Biodiversität durch Begrünung einbezieht.
Lösungen für die Wasserwirtschaft
Wasserstraßen sind in Deutschland wichtige Wirtschaftswege. Die Zuverlässigkeit von Wehranlagen und Schifffahrtsschleusen spielt dabei eine wichtige Rolle. Entsprechend forscht das FZI an Innovationen zur Durchführung von präventiven und ressourcenschonenden Wartungs- und Erhaltungsmaßnahmen von Wehranlagen und Schifffahrtsstraßen.
Aktuelle Forschungsthemen
Stromnetzbetreiber unterstützen wir mit unserer Forschung bei der Digitalisierung und Stabilisierung von Stromnetzen. Ob Webservices für Energiemanagementsysteme, dezentrale Prosumersysteme oder die Neuentwicklung skalierbarer Prozesse und nachhaltiger Geschäftsmodelle – unsere Forschungsarbeiten unterstützen Unternehmen aus der Energiebranche bei deren Herausforderungen.
Innovationen rund um das bidirektionale Laden von Elektrofahrzeugen erforschen wir mit der entsprechenden Hardware in unseren realen Laborumgebungen. Auch der sichere Datenaustausch in Smart Grids ist Forschungsthema.
Durch die Entwicklung von VR-basierten Simulationsmodellen, auch in Kombination mit Foresight-Methoden, untersützt das FZI dabei, fundierte Entscheidungen zur Gestaltung von Nachhaltigkeitsstrategien und zur Umsetzung nachhaltiger Innovationen auf unternehmerischer und politischer Ebene zu treffen.
Aktuelle Forschungsprojekte befassen sich auch mit der Energieflexibilität von Kälteanwendungen. Das am FZI entwickelte quelloffene Framework BEMCom zur Anbindung von Energieanlagen wird aktuell um Schnittstellen im Kontext von Kälteanlagen erweitert.
Highlight-Projekte
Sustainable Engineering and Energy
Hybrenergy
Hybride Gebäudezwillinge zur Energieeffizienzsteigerung
FlexBlue
Flexible Kälteversorgungssysteme vor dem Hintergrund zunehmender Dekarbonisierung
ROUTINE
Reallabor zum Transfer digitaler Gesundheitsanwendungen und KI ins Gesundheitswesen
ThinKIsense
Ressourceneffiziente Thin-Edge-Systeme durch integrierte KI und neuromorphe Elektronik in Sensoren
GreenEdge
Klimafreundlich, neuromorph und für eine nachhaltige Verkehrsinfrastruktur der Zukunft.
Mittelstand-Digital Zentrum Klima.Neutral.Digital
Die Herausforderungen durch den Klimawandel aktiv angehen und als Chance für die deutsche Wirtschaft nutzen.
Delfine
Dynamisches Demand-Response-System für eine nachhaltige Fertigung durch informationstechnische Vernetzung zur effizienten Energienutzung, -vermarktung und -erzeugung
RealWork
Erfolgsfaktoren für CoWorking Spaces
VIRTUS
Mit Virtual Reality alle an einen Planungstisch bringen
Unsere Kompetenz, Ihr Vorteil
- Enge Verzahnung des Wissens am FZI aus den Anwendungsfeldern Energie, Produktion, Mobilität, Verkehr und Logistik sowie mit dem Forschungsschwerpunkt Safety, Security and the Law
- Profunde Methoden- und Domänenkompetenz, vor allem im Bereich des intelligenten Energiemanagements: von der Modellierung und der Simulation über die Optimierung von Energiesystemen und die Regulatorik-Expertise bis hin zu einem tiefgreifenden Verständnis der IT-Architektur der Systeme und der Ansteuerung von Hardwarekomponenten wie der Ladeinfrastruktur für E-Mobilität oder dem CLS-Management (Controllable Local System) im Kontext intelligenter Messsysteme.
- Hohes „Technology Readiness Level“, insbesondere auf dem Feld der Energieinformatik. Dieser kommt der Demonstration innovativer Konzepte und Lösungen in Reallaboren und der Entwicklung effektiver Praxislösungen aus einer Hand für Industriekund*innen zugute.
Sie sind interessiert an unserer Fachexpertise?
Kontaktieren Sie uns gerne für Kooperationsmöglichkeiten oder Auftragsanfragen.
Transfer
Laborumgebungen, Weiterentwicklung partizipativer Formate, herausragende Köpfe und Start-ups als Garanten des Transfers
Wissens- und Technologietransfer treibt das FZI durch das FZI House of Living Labs, den virtuellen KI-Showroom des Digital Hub Karlsruhe Angewandte Künstliche Intelligenz sowie seine Reallabore wie das Gewerbequartier Smart East im öffentlichen Raum voran.
Herausragende Köpfe sichern zudem den Transfer aus dem Forschungsschwerpunkt heraus: Wissenschaftler*innen arbeiten in Fachgremien mit, wie dem Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE in der Arbeitsgruppe „Koordinierte Steuerung über intelligente Messsysteme“ oder im VDI-Ausschuss für Richtlinien zur Informations- und IT-Sicherheit von Betriebsmanagementsystemen in der Energiewirtschaft.
Start-ups sind ebenfalls Garanten für Transfer: Entsprechend unterstützt das FZI den Technologie- und Wissenstransfer im Bereich Energie zu Start-ups durch die Kooperation mit dem Energie-Accelerator AXEL. Und aus dem Forschungsschwerpunkt ging Anfang 2023 zudem direkt das Spin-off InnoCharge zur Ladeoptimierung hervor.
Forschungsinfrastruktur
Reallabore sowie die FZILiving Labs smartEnergy und Industrial Intelligence bieten reale Forschungsergebnisse zum Erleben
- Reallabore als ideale Konzeptions- und Erprobungsräume:
a) SynergieQuartier Walldorf
b) flexQgrid-Feldtest in Freiamt
c) Karlsruher Gewerbequartier Smart East - FZI House of Living Labs das Living Lab smartEnergy
- FZI Living Lab Industrial Intelligence: energie- und ressourcenflexiblen Produktion im Sinne einer resilienten Kreislaufwirtschaft
- Zahlreiche Demonstratoren, wie ein interaktiver Produktionsdemonstrator, der unter Einsatz eines digitalen Zwillings die intelligente Optimierung der Auftragsteuerung erreichen soll. Dabei werden Bedingungen wie schwankende Energieverfügbarkeiten bzw. dynamische Strompreise und Lieferfristen einbezogen.