moma

Energieorganismus durch zellulare Netzführung im Smart Grid

Energiesystem moma
Zellulares Energiesystem moma, copyright © MVV Energie AG, 2009

Zellularer Ansatz im Smart Grid-Projekt moma

Über das E-Ener­gy-Pro­jekt moma zu spre­chen, heißt über die not­wen­di­ge Grund­satz­ent­schei­dung zur Ener­gie­wen­de, über die zel­lu­la­re Netz­ar­chi­tek­tur zur Gewähr­leis­tung von regio­na­len Kon­zep­ten und über­re­gio­na­len Ver­bund­sys­te­men sowie über die Bedeu­tung der Stadt­wer­ke bei der Gestal­tung intel­li­gen­ter Städ­te unter akti­ver Teil­ha­be der Pro­sumen­ten (Dop­pel­funk­ti­on von Pro­du­zen­ten und Kon­su­men­ten) zu spre­chen.

Start der Smart Grid-Entwicklung in Deutschland mit E-Energy

Zum Start des E-Ener­gy-Vor­ha­bens im Jah­re 2008 waren die euopäi­schen und natio­na­len Vor­ga­ben zur Res­sour­cen­scho­nung und einer kli­ma­ver­träg­li­chen Ener­gie­wirt­schaft durch den Ein­satz erneu­er­ba­rer Ener­gie­trä­ger Aus­gangs­punkt der Über­le­gun­gen. Die damit ver­bun­de­ne, schwan­ken­de­re Ener­gie­ge­win­nung und neue ver­brauchs­fer­ne Erzeu­gungs­ka­pa­zi­tä­ten stell­ten Anfor­de­run­gen an den Netz­aus­bau sowie an die Erzeu­gungs- und Ver­brauchs­steue­rung, aber auch die Spei­che­rung von Ener­gie. Dabei gilt es, das Opti­mum zwi­schen Netz­aus­bau und neu­en Markt- und Netz­me­cha­nis­men auf der Grund­la­ge von Infor­ma­ti­ons- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­no­lo­gie zu fin­den.

Dezentrale Energiewende

Mit dem seit 2010 stark wach­sen­den Anteil an dezen­tra­ler Erzeu­gung (Bei­spiel Pho­to­vol­ta­ik) in den Ver­tei­lungs­net­zen, Netz­rück­käu­fen durch die Gemein­den sowie mit regio­na­len und loka­len Ener­gie­kon­zep­ten in den Bun­des­län­dern, den Regio­nen und Kom­mu­nen aber auch bei den Bür­gern und Unter­neh­men in Ver­bin­dung mit ihren Lie­gen­schaf­ten wuchs die Erkennt­nis, dass im Kern auch die Fra­ge­stel­lung zu beant­wor­ten ist, wo die Ener­gie­wen­de statt­fin­det. Die offi­zi­el­le Refe­renz für die Ener­gie­wen­de blieb aber das zen­tral ori­en­tier­te Ener­gie­kon­zept der Bun­des­re­gie­rung aus dem Jah­re 2010, das eine vor­ran­gi­ge Ener­gie­ge­win­nung in Nord- und Ost­see sowie den damit ver­bun­de­nem Ener­gie­trans­port von Nord nach Süd ergänzt um den Aus­bau der Über­tra­gungs­net­ze vor­sieht.

Ein oft gehör­tes Argu­ment zuguns­ten regio­na­ler Kon­zep­te unter­streicht den even­tu­ell ver­rin­ger­ten Netz­aus­bau, wobei es sich hier um eine schwer bezif­fer­ba­re Ein­schät­zung han­delt. Es gibt aber vie­le Grün­de für eine kom­ple­xe­re, sozio­öko­no­mi­sche Betrach­tung, um den gesell­schaft­li­chen und öko­no­mi­schen Zusam­men­hang her­zu­stel­len, wenn es dar­um geht, mit den Regio­nen und Kom­mu­nen sowie den Unter­neh­men und den Bür­gern alle Inter­es­sen­trä­ger für die öko­lo­gi­schen und ener­gie­po­li­ti­schen Zie­le der Ener­gie­wen­de zu akti­vie­ren und damit Chan­cen statt nur Not­wen­dig­kei­ten zu beto­nen. Hier gilt es auch, den Vor­teil der Diver­si­fi­zie­rung der Ener­gie­an­ge­bo­te zur Gewähr­leis­tung von Ver­sor­gungs­si­cher­heit gegen­über zen­tra­len, angreif­ba­ren Sys­te­men abzu­wä­gen, die wie­der­um even­tu­ell effi­zi­en­ter im Meer und in Nord­afri­ka Ener­gie gewin­nen.

Akzeptanz und Partizipation

Eine sozio­öko­no­mi­sche Betrach­tung ver­steht zusätz­lich, dass Akzep­tanz für den Ände­rungs­pro­zess bezüg­lich der Land­schafts­ent­wick­lung durch neue Ener­gie­tech­no­lo­gi­en und der infor­ma­ti­ons­tech­ni­schen Ver­net­zung des Ener­gie­sys­tems nicht allein mit einer Auf­klä­rungs­of­fen­si­ve zur Dar­stel­lung der Not­wen­dig­kei­ten und einer wei­ter zen­tral auf­ge­stell­ten Ener­gie­ge­win­nung mit ein­sei­ti­ger Ver­tei­lung der wirt­schaft­li­chen Chan­cen zu errei­chen ist. Akzep­tanz ent­steht durch Teil­ha­be, und Teil­ha­be ent­wi­ckelt Pro­sumen­ten im Ener­gie­sys­tem mit neu­en For­men regio­na­ler Raum- und Gebäu­de­ent­wick­lung auf Grund­la­ge einer kom­mu­ni­ka­ti­ven Ver­bin­dung bis zu den Anla­gen und Gerä­ten in den Gebäu­den und indus­tri­el­len Anwe­sen. Es ist also die gesell­schaft­li­che Grund­satz­ent­schei­dung zu tref­fen, wie zen­tral oder dezen­tral Ener­gie­kreis­läu­fe zukünf­tig funk­tio­nie­ren. Im Fall der Beför­de­rung regio­na­ler und loka­ler Ener­gie­kreis­läu­fe besteht die umfas­sen­de Auf­ga­be dar­in, zen­tral und dezen­tral erzeug­te Ener­gie in den Ver­bund des natio­na­len und euro­päi­schen Ener­gie­kreis­lau­fes zu inte­grie­ren sowie Ener­gie­ef­fi­zi­enz auf allen Hand­lungs­ebe­nen zu erhö­hen. Sowohl Eigen­stän­dig­keit und Ver­schie­den­heit im loka­len Han­deln mit selbst gestal­te­ten Ener­gie­kon­zep­ten sind zu unter­stüt­zen als auch Ver­bun­den­heit im glo­ba­len Den­ken zu beför­dern.

Um die damit ver­bun­de­nen Her­aus­for­de­run­gen zu beherr­schen sind viel­fäl­ti­ge Fle­xi­bi­li­tä­ten inte­grier­ter Ener­gie­sys­te­me aus Strom, Gas und Wär­me unter Par­ti­zi­pa­ti­on der Kun­den zu erschlie­ßen. Die anste­hen­de Gestal­tung des neu­en Markt­de­signs für das Strom­sys­tem auf der Grund­la­ge von Fle­xi­bi­li­tä­ten sowie der not­wen­di­gen regu­la­to­ri­schen Rah­men­be­din­gun­gen kann nur dann kon­sis­tent und ziel­ori­en­tiert vor­ge­nom­men wer­den, wenn die Grund­satz­ent­schei­dung getrof­fen wur­de. Dabei besteht das Ziel nicht dar­in, aut­ar­ke, neben­ein­an­der exis­tie­ren­de Ener­gie­kreis­läu­fe zu ent­wi­ckeln. Die­se Form des Indi­vi­dua­lis­mus führt zu ver­rin­ger­ter Ver­sor­gungs­si­cher­heit, da aus­glei­chen­de Effek­te zwi­schen gro­ßen Ener­gie­ver­bün­den ver­lo­ren gehen. Der Netz­ver­bund sowie der euro­päi­sche Ener­gie­markt sind zu erhal­ten, aber mit regio­na­len Mecha­nis­men, Pro­duk­ten und Ver­ant­wort­lich­kei­ten zu unter­le­gen.

Zellulare Architektur

Das E-Ener­gy-Pro­jekt Modell­stadt Mann­heim (moma) stell­te sich der Her­aus­for­de­rung, ers­te Schrit­te auf dem Weg zu einem über­re­gio­na­len Ener­gie­ver­bund­sys­tem unter Ein­füh­rung regio­na­ler Kon­zep­te zu gehen, um die not­wen­di­gen wis­sen­schaft­li­chen Arbei­ten für die­se Grund­satz­ent­schei­dung zu akti­vie­ren. Dafür wur­de im Pro­jekt moma eine zel­lu­la­re Archi­tek­tur des Ener­gie­sys­tems ent­wi­ckelt. Die Ener­gie­zel­len bil­den einer­seits Gebäu­de, Stadt­tei­le, Kom­mu­nen und Regio­nen mit selb­st­op­ti­mie­ren­den Ener­gie­kreis­läu­fen, die ander­seits regio­nal und in hier­ar­chi­scher Wei­se auch über­re­gio­nal mit­ein­an­der ver­bun­den sind und somit eine Art Ener­gie­or­ga­nis­mus bil­den. So las­sen sich regio­na­le Inter­es­sen für eigen­stän­di­ge Chan­cen in der ener­gie­wirt­schaft­li­chen Wert­schöp­fung, Ver­sor­gungs­si­cher­heit und Infor­ma­ti­ons­si­cher­heit durch diver­si­fi­zier­te Struk­tu­ren sowie Daten­schutz und Mini­mie­rung der Daten­flüs­se zu über­ge­ord­ne­ten, zen­tra­len Struk­tu­ren ver­bin­den.

Inha­ber von Gebäu­den, Unter­neh­men, Städ­te und Regio­nen ent­wi­ckeln sich somit zu Pro­sumen­ten, die durch ein pas­sen­des Markt­de­sign zum gemein­sa­men Han­deln in einem Ener­gie­ver­bund ange­regt wer­den. Über­tra­gungs­netz­be­trei­ber wer­den in ihrer Ver­ant­wor­tung für das Gesamt­sys­tem von Ver­tei­lungs­netz­be­trei­bern unter­stützt, wobei in Ver­tei­lungs­net­zen wie­der­um die Ein­be­zie­hung von Lie­gen­schaf­ten in Abstim­mungs­pro­zes­se erfolgt. In die­ser Inter­ak­ti­on von Pro­sumen­ten unter­ein­an­der wer­den wei­ter­hin neue regio­na­le Ener­gie­me­cha­nis­men bei gleich­zei­ti­ger Ein­ord­nung in den ein­heit­li­chen Ener­gie­markt mög­lich. Ins­be­son­de­re kön­nen für den zukünf­ti­gen Ener­gie­markt Leis­tungs­fle­xi­bi­li­tä­ten durch Erzeu­gungs- und Ver­brauchs­ma­nage­ment, durch ver­schie­dens­te Spei­cher­po­ten­tia­le, mit­tels Spar­ten­ver­bund­steue­rung von Elek­tri­zi­tät, Gas und Wär­me sowie auch durch Export-/Im­port­me­cha­nis­men zwi­schen Regio­nen und Netz­ebe­nen erschlos­sen wer­den.

Flexibilitätserschließung

Das Pro­jekt moma kon­zen­trier­te sich zur Fle­xi­bi­li­täts­er­schlie­ßung beson­ders auf ther­mi­sche Spei­cher­po­ten­tia­le von Käl­te- und Wär­me­an­la­gen und auf nicht spei­cher­be­haf­te­te Gerä­te im Haus­halt sowie auf die Anreiz­steue­rung mit varia­blen Tari­fen und die Import-/Ex­port­me­cha­nis­men im zel­lu­la­ren Netz­ver­bund. Ers­te Geschäfts­mo­del­le auf die­sem Weg wur­den iden­ti­fi­ziert, wobei die erfolg­rei­che Trans­for­ma­ti­on des Ener­gie­sys­tems noch erheb­li­che Anpas­sun­gen im Markt­de­sign benö­tigt, um die wirt­schaft­li­che Ent­wick­lung sowie die Nutz­bar­keit der mit dem Wan­del ver­bun­de­nen Chan­cen zu for­cie­ren.

Der bis­he­ri­ge Ener­gie­aus­tausch wur­de durch zen­tra­le Kraft­wer­ke, Über­tra­gungs­netz­be­trei­ber und Ener­gie­händ­ler gewähr­leis­tet. Dem­entspre­chend sind auch nur begrenz­te Infor­ma­ti­ons­flüs­se in der Markt- und Netz­kom­mu­ni­ka­ti­on not­wen­dig. Der zukünf­ti­ge, viel­fäl­ti­ge Ener­gie­aus­tausch von Pro­sumen­ten in der Ver­bin­dung von Dezen­tra­li­tät und Zen­tra­li­tät benö­tigt aber den Infor­ma­ti­ons­aus­tausch viel­fäl­ti­ger Akteu­re bis in die Lie­gen­schaf­ten. Tech­ni­sche Vor­aus­set­zung für die­se Auf­ga­be sind soge­nann­te intel­li­gen­te Ener­gie­netz­wer­ke, um neue Dienst­leis­tun­gen zu ermög­li­chen. Das E-Ener­gy-Pro­jekt Modell­stadt Mann­heim (moma) nähert sich der Auf­ga­be auf Grund­la­ge der zel­lu­la­ren Gestal­tung mit einer Sys­tem­ar­chi­tek­tur, die im Rah­men der ver­teil­ten Auto­ma­ti­sie­rung im Ver­tei­lungs­netz und dezen­tra­lem Ener­gie­ma­nage­ment in den Gebäu­den auto­ma­ti­sier­te Markt- und Netz­füh­rungs­ab­läu­fe beför­dert.

Die Ent­wick­lung der für den Wan­del not­wen­di­gen intel­li­gen­ten Netz­in­fra­struk­tur (Smart Grids) bis in die Nie­der­span­nungs­be­rei­che unter Ein­bin­dung der Lie­gen­schaf­ten benö­tigt jedoch einen ver­ant­wort­li­chen Akteur. Die­se Infra­struk­tur ist Basis neu­er Markt- und Netz­funk­tio­nen und bie­tet die Grund­la­ge zur Ent­fal­tung sub­si­dä­rer Kon­zep­te im Ener­gie­or­ga­nis­mus des euro­päi­schen Ver­bun­des. Wesent­li­che Trä­ger bei der Ent­wick­lung der digi­ta­len Ener­gie­in­fra­struk­tur für die Ener­gie­trä­ger Elek­tri­zi­tät, Wär­me und Gas im Ver­bund mit intel­li­gen­ten Ver­kehrs­kon­zep­ten und der Bereit­stel­lung von Ener­gie für den Ver­kehr sind die Stadt­wer­ke und Kom­mu­nen. Hier ent­steht also eine neue Her­aus­for­de­rung bei der Ent­wick­lung von Smart Grids für Smart Cities, der sich moma mit ers­ten Lösungs­an­sät­zen wid­me­te und mit wei­te­ren Pro­jek­ten — sie­he auch Smart Grids BW e.V. und Pro­jekt C/sells im SIN­TEG-Pro­gramm — wid­me­te.

Wir haben dar­auf zu ver­trau­en, dass jeder ein­zig­ar­tig ist und alle ver­schie­den. Das muss zur vol­len Blü­te gebracht und in Koope­ra­ti­on mit ande­ren zusam­men geführt wer­den, damit etwas ent­steht, was höchs­te Fle­xi­bi­li­tät besitzt. Fle­xi­bi­li­tät ist das Rezept der Natur zur bes­ten Anpas­sung von höher ent­wi­ckel­ten Wesen an zukünf­ti­ge Anfor­de­run­gen. Sie sind nicht opti­miert auf ganz bestimm­te Situa­tio­nen, son­dern sie sind opti­miert auf etwas, was prin­zi­pi­ell unbe­kannt ist, eben auf eine Zukunft hin, die wesent­lich offen ist.“

(Hans-Peter Dürr, Quan­ten­phy­si­ker, lang­jäh­ri­ger Mit­ar­bei­ter von Wer­ner Hei­sen­berg, Trä­ger des Alter­na­ti­ven Nobel­prei­ses)

Andreas Kießling
Über Andreas Kießling 39 Artikel
Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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