Die GHD (Geschäftsstelle der Studienkommission für Hochschuldidaktik der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft) unterstützt den Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Medien im Rahmen des Verbundprojektes HUMUS plus (Hochschuldidaktisch Und Methodisch Unterstützte Selbstinitiierung von Lernprozessen an HAW in Baden-Württemberg ). Im Rahmen von HUMUS werden aktuell Mikroprojekte gefördert, in denen die Professorinnen und Professoren der Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) innovative Lehr- und Lernkonzepte entwickeln und erproben können. Die Mikroprojekte sollen die intrinsische Motivation fördern, d. h. günstige Rahmenbedingungen für die Selbstinitiierung von Lernprozessen bei den Studierenden schaffen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf solchen Projekten, die direkt oder indirekt einen Beitrag zur „Third Mission“ der Hochschulen leisten, d. h. zu gesamtgesellschaftlichen Problemstellungen und Entwicklungen.

 

Das Projekt „Smart Grid“

Im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Medien wird in diesem Rahmen von der GHD ein Projekt zum Thema „Smart Grid“ gefördert. Das Projekt hat zum Ziel, die theoretischen IT-Kenntnisse aus Vorlesungen in einem praxisnahen Projekt zu vertiefen und weiter auszubauen. Das Projekt, das hierfür ausgewählt wurde, ist mit Absicht nicht im Curriculum des Studiengangs verankert, sondern beschäftigt sich mit dem Wert von fossilen und erneuerbarer Energien sowie klimarelevanten Themen. Dadurch können Studierende ihre eigenen Möglichkeiten positiv einbringen, sich beim Thema Klimaschutz (z.B. Reduzierung des CO₂-Ausstosses) zu beschäftigen.

 

Nach der erstmaligen Durchführung des Projektes in diesem Jahr sollten endgültige Randbedingungen geschaffen sein, um das Projekt in nachfolgenden Semestern mit ähnlichen oder erweiterten Fragestellungen durch weitere Studierenden erneut bearbeiten zu lassen. Es wird ein Labor aufgebaut, mit dem künftig auch weitere Studierende ohne Einstiegshürden gleiche oder weiterführende Fragestellungen in Eigenregie bearbeiten können.

 

Geplanter Projektablauf

Das Projekt besteht aus vier Phasen:

 

1. Phase

Hier steht zunächst das Erlernen und Erkennen der Zusammenhänge zwischen der Erzeugung elektrischer Energie aus fossilen Energiequellen (CO₂-Ausstoß) und der volatilen Erzeugung elektrischer Energie aus alternativen Energiequellen im Vordergrund. Im nächsten Schritt soll Wissen über die zeitliche Abhängigkeit der elektrischen Energieflüsse im Haushalt bei Betrieb von Großverbrauchern wie Wärmepumpen, Elektrofahrzeugen, Waschmaschinen und Wäschetrocknern sowie über die zur Steuerung der Verbraucher benötigten Datenflüsse zur Koordination der alternativen Energieerzeuger und der Verbraucher vermittelt werden. Damit ist die Grundlage zur Unterscheidung zwischen zentraler und dezentraler Energieerzeugung gelegt und der Begriff „Smart Grid“ kann definiert werden.

 

2. Phase

Nach der Vermittlung der physikalischen und digitalen Zusammenhänge soll in einer Simulationsumgebung eines Haushaltes mittels Algorithmen die solare Energie zwischen den Großverbrauchern (Waschmaschine, Wäschetrockner, Elektrofahrzeug, Wärmepumpe) intelligent verteilt werden, so dass der Bezug vom Energieversorger minimiert wird.

Um vergleichbare und praxisnahe Ergebnisse zu erhalten, wird mit realen Erzeugungs- und Verbrauchsdaten eines Haushaltes gerechnet, die über einen Zeitraum der letzten fünf Jahre sekundengenau vorliegen.

 

Bei der Entwicklung der Algorithmen sollen neben klassischen Methoden auch Methoden der KI eingesetzt werden. Durch den Wettbewerbscharakter dieser Phase soll die Selbstinitiierung des Lernprozesses motiviert werden, so dass sich die Studierenden selbst in neue Themen einarbeiten, deren Kenntnis sie zur Lösung ihres Problems benötigen.

 

Durch das Ziel, die vom externen Energieerzeuger bezogene (fossile) Energie zu minimieren, sollen betriebswirtschaftliche Aspekte zur Anwendung kommen. Hier sollen die Studierenden lernen, ab wann sich Investitionen in alternative, erneuerbare Energien auch finanziell lohnen und ob eine Entlastung für die Umwelt durch alternative Energien überhaupt monetär fassbar ist.

 

Durch die erlernten Zusammenhänge und die intelligente Ansteuerung der Verbraucher soll bei den Studierenden die Erkenntnis reifen, wie wertvoll Energie ist, um sie in die Lage zu versetzen, das Erlernte in ihr eigenes Leben einzubringen – und sei es nur den bewussten und sparsamen Umgang mit Energie.

 

3. Phase

In einer dritten Phase soll nun neben der reinen Simulation ein Labor aufgebaut werden, in dem Modelle der Großverbraucher wie Wasch- und Spülmaschine, Elektrofahrzeug, Wärmepumpe sowie Wäschetrockner stehen. Dazu sollen diese Modelle mit Kleincomputern bestückt werden, die die Ansteuerung der „Aktoren“ übernehmen (Betriebsleuchten und das Ansteuern kleiner Elektromotoren). Die Hauptaufgabe der Kleincomputer wird aber sein, zum einen eine Bedienphilosophie der Geräte zu entwickeln. Zum anderen sollen sie benutzt werden, um einen TCP/IP-basierten Standard zum Ansteuern solcher Geräte (z.B. EEBus) zu implementieren.

 

Damit sollen die Studierenden lernen, wie eine smarte Vernetzung im Gebäude aussehen kann, welchen Anforderungen sie genügen muss und wie künftige, offene Standards dies ermöglichen können. Der Vorteil des Einsatzes eines Kleincomputers wie dem Raspberry Pi besteht darin, dass die Studierenden im Internet viele Antworten auf ihre Fragen bekommen können, ohne durch den Realisierungs-Frust, der oft mit Hardwareprojekten verbunden ist, die Lust an der Aufgabe zu verlieren. Das aufgebaute Labor soll der Anschauung der entwickelten Algorithmen dienen und auf der Media-Night der Hochschule anderen Studierenden und Besuchern vorgestellt werden.

 

4. Phase

In der letzten und abschließenden vierten Phase werden alle gesammelten Erkenntnisse in die Entwicklung eines Energiemanagement-Systems fließen, das über eine zu entwickelnde Web- Oberflächen gesteuert werden kann.

 

Die Förderung durch die GHD gilt für das Jahr 2019 und umfasst Sach- und Personalmittel.