Auftragnehmer für Projekt Attraqt’em gesucht

Wir suchen Unternehmen, die unser Projekt Attraqt’em bei der Entwicklung von Quantenalgorithmen für Optimierungsprobleme in der Energiesystemmodellierung unterstützen. Die Teilnahme am Ausschreibungsprozess ist über TED 231618-2024 möglich. Die Einreichungsfrist endet am 24. Mai 2024 um 14 Uhr. Die Vergabeunterlagen samt Leistungsbeschreibung haben wir bei subreport ELViS veröffentlicht.

Eine Vielzahl von Herausforderungen im Kontext der Energiewende lassen sich durch Energiesystemmodellierung (ESM) adressieren. Für die Betriebs- und Investitionsentscheidungen werden hierbei Strom-, Gas- und Wärmeversorgung in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung simuliert bzw. optimiert. Das Lösen groß-skaliger Optimierungsprobleme (OP) mit klassischer Hardware und Solver-Software stößt in der ESM zunehmend an Grenzen. Ein vollaufgelöstes OP des Hochspannungsnetzes Deutschlands (Sektorenkopplung inklusive) lässt sich beispielsweise mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr mit einem vertretbaren Rechenzeitaufwand lösen. Aus diesem Grund stellt die Entwicklung von Quantenalgorithmen für OP in der ESM eine große Chance dar.

Quantenalgorithmen für allgemeine OP werden bereits aktiv erforscht. Im Bereich der ESM werden viele Modelle vereinfachend als lineare Probleme formuliert. Bestimmte Forschungsfragen lassen sich allerdings nur mit den viel rechenintensiveren gemischt-ganzzahligen linearen OP (MILP) adressieren. In Attraqt’em beschäftigen wir uns mit drei OP-Typen der ESM, für die MILP von hoher Bedeutung sind: 1) das Unit-Commitment-Problem (UCP), bei dem der optimale Betrieb von Kraftwerken zur Deckung des Energiebedarfs unter Berücksichtigung technischer Restriktionen bestimmt wird; 2) das Investment-Planning-Problem, bei dem die optimale Anzahl von Stromerzeugern oder Speichern für unterschiedliche Szenarien bestimmt wird; und 3) die Bewertung der Resilienz von Energieversorgungssystemen durch das Testen auf Komponentenausfälle („Resilience Analysis“).

Mitarbeit im Projekt Attraqt’em

Das Hauptziel des Industriepartners in diesem Projekt ist es, das UCP in eine Form zu bringen, die von Quantenalgorithmen gelöst werden kann. Neben der bekannten einfachen Übersetzung des Problems in ein QUBO-Problem (Quadratic Unconstrained Bilinear Optimization) soll die Abbildung einen hybriden Ansatz (klassisch/quantisch) verwenden, der die Vorteile beider Welten maximal ausnutzt. Darüber hinaus soll der Algorithmus durch die Bereitstellung einer skalierbaren Reihe von Testfällen und einem Benchmark mit anderen bestehenden Algorithmen getestet werden. In der Praxis handelt es sich dabei um eine Software-Schnittstelle, deren Hauptbestandteile hybride Algorithmen und die entsprechenden Testfälle sind. Diese soll auch den gesamten erforderlichen Code enthalten, um den Algorithmus auf Quantencomputern auszuführen und das Benchmarking durchzuführen.

Der Industriepartner arbeitet an hybriden klassischen-quanten Algorithmen um das Unit-Commitement-Problem (UCP) zu lösen. Dies beinhaltet eine Software-Schnittstelle mit dem hybriden Algorithmus, der zur Lösung der UCP entweder nur mit einem klassischen Computer oder mit einer Kombination aus klassischen und Quantencomputer verwendet werden kann. Insbesondere muss sie vollständig dokumentiert sein, eine CD/CI-Pipeline enthalten und die entsprechende Kopplung zu den QC-Schnittstellen sollte integriert sein. Darüber hinaus soll folgendes ergänzendes Material zur Bewertung der Funktionalität des Algorithmus geliefert werden: Literaturübersicht, skalierbare Testfälle, Bewertung der Performance mit den Testfällen, Benchmark der Performance gegen klassische Algorithmen und gegen Quantensimulatoren.

Konkret geht es dabei unter anderem um

  • die Darstellung einer Familie von skalierbaren Testfälle für das UCP,
  • die Entwicklung und Dokumentation einer Software-Schnittstelle für die Lösung des UCPs mit hybriden Algorithmen,
  • die Bewertung der Algorithmen und begründete Auswahl des zu untersuchenden und weiterzuentwickelnden Algorithmus, und
  • die Erstellung eines vollständigen Technologietransferplan am Ende des Projekts.

Alle Informationen können den Vergabeunterlagen samt Leistungsbeschreibung auf subreport ELViS entnommen werden.