Markus Klar 

Würdigung der Leistung

Der erste Träger des Nachhaltigkeitspreises der Universität Bayreuth für Abschlussarbeiten ist Markus Klar mit seiner Masterarbeit zum Thema “Erweiterungen eines Ansatzes zur verteilten prädiktiven Regelung von Smart-Grids”. Als Grundlage fungiert die wissenschaftliche Arbeit von Dr. Philipp Braun, der an der Universität Bayreuth in seiner Dissertation ein Verfahren zur Regelung von Smart Grids, also von Energienetzen, in denen erneuerbare Energieerzeugung, Verbraucher und Speichermöglichkeiten intelligent verknüpft sind, entwickelte.

In der auf diesen Erkenntnissen aufbauenden Masterarbeit von Markus Klar wird eine mathematische Antwort auf diese Frage vorgestellt: die verteilte prädiktive Regelung. Mithilfe dieses Ansatzes können die Laderaten für jeden Haushalt mit Stromspeicher so optimiert werden, dass die Spannungsschwankungen im Gesamtnetz minimal werden. Außerdem wird durch das Aufteilen des Optimierungsproblems unter allen beteiligten Haushalten nicht nur eine parallelisierte Berechnung ermöglicht. Ebenso werden Datenschutzprobleme, die durch den Zusammenschluss mehrerer Haushalte in einem sogenannten Smart-Grid entstehen, umgangen, da für die Kommunikation zwischen den Haushalten und einer zentralen Steuereinheit nur berechnete Gesamtnachfragen versendet werden. Entscheidend für die Optimierung sind genaue Wetter- und Verbrauchsprognosen. Dabei genügen der modellprädiktiven Regelung zu jedem Zeitpunkt Informationen für die nächsten 24 Stunden für sehr gute Ergebnisse. Da es sehr schwierig ist, genaue Verbrauchsvorhersagen für Einzelhaushalte zu treffen, hat Markus Klar gezeigt, dass über alle Haushalte aggregierte Prognosen für die Optimierung ausreichend sind.

Doch nicht nur die Dezentralisierung der Stromerzeuger stellt die Netzbetreiber auf die Probe. Auch die aufkommende Elektrifizierung des Straßenverkehrs belastet das Stromnetz. Gerade wenn Elektroautos für die tägliche Strecke zum Arbeitsplatz und zurück verwendet werden, werden sie von den meisten Haltern abends aufgeladen. Das verschlimmert das Ladeproblem. Die Optimierung der Laderaten von Elektroautos mittels des von Markus Klar erarbeiteten Algorithmus kann dies verhindern.

Herr Klar hat das auf Braun basierende Verfahren in seiner Masterarbeit demnach um zwei wichtige Komponenten erweitert. Zum einen hat er die im ursprünglichen Modell benötigten Verbrauchsvorhersagen für die einzelnen Haushalte durch Vorhersagen zum Gesamtverbrauch aller Haushalte ersetzt und die Robustheit des Verfahrens gegenüber Schätzfehlern für diese Verbrauchsprognosen untersucht. Zum anderen hat er das regelmäßige Laden elektrisch betriebener Autos in das Modell einbezogen und das verteilte Optimierungsverfahren dafür angepasst. Das weiterentwickelte Verfahren wird dadurch deutlich praxisnaher und vielseitiger. Markus klar beweist, wie moderne mathematische Optimierungs- und Regelungskonzepte einen wichtigen Beitrag zur Organisation einer nachhaltigen Energieversorgung leisten können. 

Wichtigste Stationen des Lebenslaufes

Markus Klar, geboren im Jahr 1995 in Augsburg, absolvierte in der Zeit von 2012-2015 sein Bachelor- und direkt anschließend bis 2018 sein Masterstudium jeweils im Fach Mathematik an der Universität Bayreuth. Im Dezember 2018 legte er am Lehrstuhl für Angewandte Informatik der Universität Bayreuth (Professor Dr. Lars Grüne) die jetzt preisgekrönte Arbeit vor, in deren Rahmen er den auf Dr. Philipp Braun zurückgehenden Ansatz zur verteilten prädikativen Regelung von smart-grids praxisnah erweitert. Seit 2019 ist Markus Klar Promotionsstudent der angewandten Informatik an der Universität Bayreuth.