Die zunehmend problematischen Herausforderungen aufgrund des Klimawandels und des wachsenden Energiebedarfs machen einen raschen Wandel des derzeitigen Energiesystems erforderlich. Der Übergang muss dem dringenden Erfordernis der Nachhaltigkeit Rechnung tragen und gleichzeitig sicherstellen, dass die soziale Entwicklung nicht beeinträchtigt wird. Folglich sind Änderungen auf allen Ebenen des Systems erforderlich, z. B. bei der Erzeugung, Umwandlung, Speicherung und dem Verbrauch. Wissenschaft, Industrie, Regierungen und die Gesellschaft müssen mit nachhaltigen Innovationen, Produkten, Strategien und Akzeptanz den Weg ebnen. Die wichtigsten technischen Herausforderungen sind neben der wirtschaftlichen Machbarkeit die Effizienz und Stabilität des künftigen dezentralen Energiesystems, dessen Rückgrat das Stromnetz sein wird.

Der unausweichliche Übergang des Stromsystems zu einem nachhaltigen und auf erneuerbare Energien ausgerichteten Stromsystem geht mit einer enormen Vielseitigkeit und erheblichen Herausforderungen einher. Um einen optimalen, zuverlässigen und sicheren Betrieb über alle Systemebenen (Komponenten, Einheiten, Anlagen, Netze) und durch die Nutzung von Big Data zu erreichen, ist ein entsprechender Wandel in den Betriebsstrategien erforderlich, der mehr Intelligenz und Digitalisierung, z. B. ein Cyber-Physical System (CPS), umfasst. Digitale Zwillinge (DTs) sind ein vielversprechender Ansatz zur Realisierung von CPS. In diesem Beitrag werden ihre Anwendungen in Energiesystemen umfassend untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass eine Lücke zwischen den verfügbaren DT-Definitionen und den Anforderungen an DTs, die in zukünftigen Stromversorgungssystemen eingesetzt werden, besteht. Daher wird durch die Anpassung der aktuellen Definitionen an diese Anforderungen eine generische Definition eines "Digitalen Zwillingssystems (DTS)" eingeführt, die es schließlich ermöglicht, ein mehrstufiges und beliebig erweiterbares "System von digitalen Zwillingssystemen (SDTS)" vorzuschlagen. Die SDTSs können mit einem Open-Source-Framework realisiert werden, das als zentrale Daten- und Kommunikationsschnittstelle zwischen verschiedenen DTSs dient, die durch "Reporting Modules" interagieren können und durch "Control Modules" (CMs) gesteuert werden. Exemplarische Anwendungsszenarien, die mehrere Systemebenen einbeziehen, werden diskutiert, um die Möglichkeiten des vorgeschlagenen SDTS-Konzepts zu veranschaulichen.

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