Smart Grids BW e.V,

Smart Grids BW

Der Weg zum Smart Grids BW e.V.

Mit dem Smart Grids BW e.V. bie­tet sich die Chan­ce, im groß­flä­chi­gen Maß­stab ein Schau­fens­ter für das intel­li­gen­te Ener­gie­sys­tem mit hohem Anteil dezen­tra­ler Akti­vi­tä­ten auf Basis erneu­er­ba­re Ener­gien  durch die Men­schen, Insti­tu­tio­nen und Fir­men des Lan­des selbst zu gestal­ten und zu leben. Dabei ent­ste­hen bereits heu­te Gemein­schaf­ten, Koope­ra­tio­nen und Bezie­hun­gen zwi­schen Part­nern, die die Grund­la­ge für den wei­te­ren Erfolg der Platt­form mit brei­ter Betei­li­gung legen.
Baden-Würt­tem­berg kann beim The­ma Smart Grids Vor­rei­ter in Deutsch­land sein, aber auch die zukünf­ti­ge Export­kraft des Lan­des stärken.

Auf fol­gen­de Wei­se näher­te sich die Pro­jekt­grup­pe Tech­no­lo­gie inner­halb des Smart Grids BW e.V. der Auf­ga­be, die Ver­bin­dung von Tech­no­lo­gien zu beschrei­ben, die die Ener­gie­wen­de am erfolg­reichs­ten vor­an­brin­gen kann.

Nach der Auf­takt­ver­an­stal­tung der Smart Grids Platt­form und einem ers­ten Work­shop, wo es ins­be­son­de­re um die Ideen­samm­lung sowie die Sta­tus­fest­stel­lung ging, dis­ku­tier­te die Grup­pe am 24. April 2013 Sze­na­ri­en für das zukünf­ti­ge Ener­gie­sys­tem, da tech­no­lo­gi­sche Emp­feh­lun­gen abhän­gig vom pro­gnos­ti­zier­ten Sze­na­rio zu tref­fen sind. Der Work­shop am 12. Juni wid­me­te sich dann den ver­schie­de­nen Schlüs­sen­tech­no­lo­gien und der Betrach­tung ihrer Rei­fe­gra­de. Am 17. Juli dien­te der vier­te Work­shop einer­seits der Road­map-Dis­kus­si­on, aber ins­be­son­de­re auch der wei­te­ren Kon­zi­pie­rung eines Rah­men­pro­jek­tes zur Ent­wick­lung einer Pilot­zo­ne Baden-Würt­tem­berg als Schau­fens­ter für Umset­zungs­mög­lich­kei­ten. Wäh­rend einer Son­der­sit­zung im August wur­de die­ses The­ma wei­ter geführt.

Die drei The­men unter den Über­schrif­ten Zukunfts­sze­na­rio, Schlüs­sel­tech­no­lo­gien und Pilot­zo­ne Baden-Würt­tem­berg wer­den als High­lights in der Pro­jekt­grup­pe nach­fol­gend ausgeführt.

Zukunftsszenario

Das Zukunfts­sze­na­rio als Aus­gangs­punkt für die tech­no­lo­gi­schen Emp­feh­lun­gen wur­de umfäng­lich dis­ku­tiert. Hier stand im Mit­tel­punkt die Fra­ge, ob das zukünf­ti­ge Ener­gie­sys­tem wei­ter­hin auf Basis vor­ran­gig zen­tra­ler Erzeu­gungs­ka­pa­zi­tä­ten sowie der allei­ni­gen zen­tra­len Sys­tem­ver­ant­wor­tung besteht oder sich durch einen wach­sen­den Grad dezen­tra­ler Erzeu­gung mit neu­en Markt- und Netz­me­cha­nis­men auszeichnet.
Mehr­heit­lich plä­dier­te die Arbeits­grup­pe für das Sze­na­rio hoher Antei­le dezen­tra­ler Erzeu­gung, die eine enge Ein­bin­dung des Pro­sumen­ten und deren Lie­gen­schaf­ten in Markt- und Netz­me­cha­nis­men erfor­dert. Aber eben­so wird Zen­tra­li­tät und Dezen­tra­li­tät nicht als Gegen­satz gese­hen, son­dern die not­wen­di­ge Ver­bin­dung bei­der Trends durch neue Abstim­mungs­me­cha­nis­men gefordert.

Das Zukunfts­sze­na­rio wur­de mit fol­gen­den Punk­ten beschrieben.
1.    Die Ener­gie­wen­de bie­tet viel­fäl­ti­ge Chan­cen für Bür­ger, Kom­mu­nen, Stadt­wer­ke und mit­tel­stän­di­sche Unter­neh­men zu regio­na­len Inves­ti­tio­nen, die die Wirt­schafts­kraft der Regio­nen erhöhen.
2.    Zu beob­ach­ten sind par­al­lel die Trends zu last­fer­ner Erzeu­gung im euro­päi­schen Ver­bund sowie die Ent­fal­tung viel­fäl­ti­ger dezen­tra­ler Aktivitäten.
3.    Kla­re Regeln zur Inter­ak­ti­on zwi­schen loka­len und über­ge­ord­ne­ten Struk­tu­ren sind des­halb not­wen­di­ger­wei­se festzulegen.
4.    Viel­fäl­ti­ge Fle­xi­bi­li­tä­ten zur Lösung aller Anfor­de­run­gen wer­den benö­tigt, die von Last- und Erzeu­gungs­steue­rung, über ver­schie­de­ne Spei­cher­tech­no­lo­gien, Impor­te und Expor­te zwi­schen Netz­ge­bie­ten bis zur Steue­rung im Spar­ten­ver­bund (Strom / Wär­me / Gas / Ver­kehr) reichen.
5.    Dafür wer­den Smart Grids als Basis­in­fra­struk­tur für smar­te Netz­ope­ra­tio­nen sowie smar­te Markt­funk­tio­nen benötigt.
6.    Die regio­na­le Auto­no­mie als Bei­trag für Ver­sor­gungs­si­cher­heit im Fal­le von Netz­aus­fäl­len, ein regio­na­ler Aus­gleich zur Netz­aus­bau­op­ti­mie­rung sowie die hier­ar­chi­sche Abstim­mung im zel­lu­la­ren Netz­ver­bund (SG cells im Rah­men­pro­jekt) ist auszuprägen.
7.    Ers­te Geschäfts­mo­del­le (SG sells im Rah­men­pro­jekt) wur­den in der Pro­jekt­grup­pe Geschäfts­mo­del­le iden­ti­fi­ziert, um die Demons­tra­ti­on zukünf­ti­ger Funk­tio­nen auf der Basis von Smart Grids vor­neh­men zu können.

Schlüsseltechnologien

Die Aus­wahl der Schlüs­sel­tech­no­lo­gien für die­ses Umset­zungs­sze­na­rio erfolg­te im Hin­blick auf die ener­gie­po­li­ti­schen Zie­le für erneu­er­ba­re Ener­gien und höhe­re Energieeffizienz.

Tech­no­lo­gien sind zuerst hin­sicht­lich der Ener­gie­flüs­se mit Tech­ni­ken zur Gewin­nung und Spei­che­rung von Ener­gie in den Berei­chen Elek­tri­zi­tät, Wär­me und Gas zu defi­nie­ren. Für deren sinn­vol­len Ein­satz in unter­schied­li­chen Lebens­räu­men ist das Wis­sen um die ver­schie­dens­ten Poten­tia­le not­wen­dig, wor­auf spä­ter bei der Betrach­tung des Infor­ma­ti­ons­sys­tems ein­ge­gan­gen wird. Ver­schie­dens­te Tech­no­lo­gien nut­zen die ange­bo­te­ne Ener­gie. Bei der Fle­xi­bi­li­sie­rung im zukünf­ti­gen fluk­tu­ie­ren­den, erneu­er­ba­ren Ener­gie­sys­tem spie­len Tech­no­lo­gien bestimm­ter Last­schwer­punk­te eine wich­ti­ge Rol­le (z.B. Wär­me­pum­pen und Elek­tro­mo­bi­li­tät). Neue Netz­tech­no­lo­gien beson­ders im Bereich der Nie­der- und Mit­tel­span­nungs­net­ze, wie intel­li­gen­te Tra­fo­sta­tio­nen, die­nen der Beherr­schung der dezen­tra­len Erzeu­gung. Die schon ange­spro­che­nen smar­ten Netz­ope­ra­tio­nen sowie smar­ten Markt­funk­tio­nen benö­ti­gen die kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­ni­scher Ver­net­zung von Erzeu­gung, Spei­che­rung und Ver­brauch sowie von Netz­füh­rungs­tech­no­lo­gien ins­be­son­de­re unter Inte­gra­ti­on der Lie­gen­schaf­ten der Netznutzer.

Die Über­wa­chung und Rege­lung die­ses hoch­gra­dig ver­netz­ten und fluk­tu­ie­ren­den Ener­gie­sys­tems erfolgt mit­tels zuneh­men­der Aus­stat­tung mit Infor­ma­ti­ons- und Auto­ma­ti­ons­tech­no­lo­gie. Dazu gehö­ren Mess- und Stell­ein­rich­tun­gen, auto­ma­ti­sier­te Ener­gie­ma­na­ger, Ener­gie­in­for­ma­ti­ons­sys­te­me wie Poten­ti­al­ka­tas­ter und Anla­gen­re­gis­ter, Leit­sys­te­me, aber auch neu ein­zu­füh­ren­de vor­aus­schau­en­de Prognosesysteme.

Viel­fäl­ti­ge Schlüs­sel­tech­no­lo­gien ste­hen also bereit, bedür­fen aber noch gemein­sa­mer Kraft­an­stren­gun­gen zur brei­ten Ein­füh­rung, einen ange­pass­ten Rah­men und die Ver­net­zung durch Smart Grids als Basisinfrastruktur.

Digitalisierung als Schlüsseltechnologie der Energiewende

Die beschrie­be­ne Infor­ma­ti­ons- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­no­lo­gie (IKT) stellt die Ver­mitt­lungs­ebe­ne zwi­schen  der Phy­sik und dem dar­auf basie­ren­den Ver­mitt­lungs­sys­tem (Markt) dar.

Auf der ers­ten Schicht — der phy­si­ka­li­schen Ebe­ne — wird die Unter­tei­lung in drei Domä­nen der Netz­in­fra­struk­tur in Hoch- und Höchst­span­nung, Mit­tel­span­nung sowie Nie­der­span­nung vor­ge­nom­men, wobei in die­sen Domä­nen unter­schied­li­che gro­ße Erzeu­gungs­an­la­gen und Ener­gie­nut­zer ange­sie­delt sind. Hier erge­ben sich ins­be­son­de­re Bau­stel­len im Nie­der­span­nungs­be­reich auf Grund­la­ge der zuneh­men­den dezen­tra­len Erzeugung.

Die IKT bil­det die ver­mit­teln­de Schicht, wobei Kom­mu­ni­ka­ti­on, Infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung sowie Rege­lung heu­te vor­ran­gig im Hoch- und Höchst­span­nungs­be­reich sowie Mit­tel­span­nungs­be­reich erfolgt. Neue Anfor­de­run­gen erge­ben sich teil­wei­se im Mit­tel­span­nungs­be­reich sowie beson­ders im Nie­der­span­nungs­be­reich. Die IKT ver­mit­telt zwi­schen den tech­no­lo­gi­schen Her­aus­for­de­run­gen von Ver­net­zung und Infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung auf der einen und den dyna­mi­schen Ver­än­de­run­gen von Markt­be­zie­hun­gen und Regeln auf der ande­ren Seite.
Sie lie­fert im zukünf­tig dyna­mi­sche­ren Umfeld eines Sys­tems mit vor­ran­gig erneu­er­ba­ren Ener­gien die Werk­zeu­ge für die Beherr­schung und Steue­rung des Wan­dels und kann dafür not­wen­di­ge Gestal­tungs­spiel­räu­me für Wirt­schaft, Gesell­schaft und Poli­tik eröffnen.

Die drit­te Schicht wird durch die Märk­te gebil­det, wobei die­se Märk­te heu­te vor­ran­gig durch den Groß­han­dels­markt zur Ver­mitt­lung von Ener­gie­men­gen und vom Regel­en­er­gie­markt geprägt sind. Zukünf­tig wird ein neu­es Markt­de­sign benö­tigt, mit dem die Ver­mitt­lung von Fle­xi­bi­li­tä­ten (z.B. Leis­tungs­an­pas­sun­gen, Last­ver­schie­bung) für Markt- und Netz­be­dar­fe, das Han­deln mit Sys­tem­dienst­leis­tun­gen bis in den Nie­der­span­nungs­be­reich, das Bereit­stel­len von Kapa­zi­tä­ten für Erzeu­ger, Spei­cher und Ver­brau­cher wirt­schaft­lich wird. Hier­bei wer­den auch neue regio­na­le Mecha­nis­men benötigt.

Pilotzone

Den drit­ten Kern der Betrach­tun­gen in der Pro­jekt­grup­pe Tech­no­lo­gie des Smart Grids BW e.V. stell­te die Skiz­zie­rung eines Rah­men­pro­jek­tes unter der Bezeich­nung SG c/sells (wobei cells für Net­ze, sells für Märk­te steht) als Pilot­zo­ne Baden-Würt­tem­berg dar, in der die Erfah­run­gen aus dem E‑Ener­gy-Pro­jek­ten (Mere­gio und moma) genutzt wer­den können.
Ent­spre­chend den oben aus­ge­führ­ten drei Schich­ten des Ener­gie­sys­tems soll die Archi­tek­tur des Rah­men­pro­jek­tes fol­gen­der­ma­ßen gestal­tet werden.
Die phy­si­ka­li­sche Struk­tur befin­det sich ver­teilt in der Gesamt­flä­che des Lan­des Baden-Würt­tem­berg. Sie wird durch das soge­nann­te Pro­duk­ti­ons­netz aus Anla­gen und Ener­gie­netz­wer­ken sym­bo­li­siert, die einer­seits Sub­si­dia­ri­ät ermög­li­chen, aber ander­seits Ver­bun­den­heit im Land und Euro­pa gewähr­leis­ten. Wir spre­chen hier von einem zel­lu­la­ren Ver­bund. Das Pro­duk­ti­ons­netz wird auf der zwei­ten Schicht von einem Infor­ma­ti­ons­netz über­la­gert, das das not­wen­di­ge Ener­gie­in­for­ma­ti­ons­sys­tem sowie die auto­ma­ti­sier­te Rege­lung bis zur Lie­gen­schaft ermöglicht.

Fol­gen­de Betrach­tung ist Aus­gangs­punkt der gewähl­ten Architektur.

Die zuneh­men­de Kom­ple­xi­tät im Ener­gie­sys­tem resul­tiert aus der dezen­tra­len Viel­falt, der Ver­net­zung bis in die Nie­der­span­nung sowie neu­en Orga­ni­sa­ti­ons­for­men und dar­aus resul­tie­ren­den neu­en Pro­zes­sen. Sys­tem­ex­per­ten zer­le­gen ein zen­tral geführ­tes Sys­tem ab einem nicht mehr zu beherr­schen­den Grad an Kom­ple­xi­tät in ein Sys­tem aus Sys­te­men. Dies bedeu­tet die Zer­le­gung des zen­tral gere­gel­ten Ener­gie­sys­tems in ver­bun­de­ne Regel­krei­se mit dezen­tra­len und ver­teil­ten Struk­tu­ren mit defi­nier­ten Regeln zur Inter­ak­ti­on mit ande­ren Systemen.
Die Ver­bun­den­heit im Gesamt­sys­tem auf Basis die­ser Regeln wird durch ein Ener­gie­in­for­ma­ti­ons- und Opti­mie­rungs­sys­tem zur Ver­mitt­lung zwi­schen Sys­te­men und zuge­hö­ri­gen Markt- und Netz­funk­tio­nen ermög­licht. Das Ener­gie­in­for­ma­ti­ons­sys­tem umfasst dabei pla­ne­ri­sche Infor­ma­tio­nen für Poten­tia­le der Erzeu­gung, Spei­che­rung, des Ver­brau­ches in Katas­tern, wäh­rend ein Regis­ter Infor­ma­tio­nen über instal­lier­te Anla­gen beinhaltet.
Für das Rah­men­pro­jekt wur­de hier­zu ein Abstim­mungs­mo­dell defi­niert. Die ener­ge­ti­sche und mone­tä­re Opti­mie­rung erfolgt bidi­rek­tio­nal unter Berück­sich­ti­gung der Anfor­de­rung unter­schied­li­cher Hand­lungs­ebe­nen. Die Glie­de­rung kann dabei fol­gen­der­ma­ßen beschrie­ben werden.

1.    Dezen­tra­le Erzeu­ger, Ver­brau­cher und Spei­cher in Lie­gen­schaf­ten der Pro­sumen­ten und in Are­al­net­zen wer­den – wo mög­lich – durch ein dezen­tra­les Ener­gie­ma­nage­ment opti­miert geführt. Im Stö­rungs­fal­le über­ge­ord­ne­ter Net­ze kön­nen die­se Zel­len als Micro­grid betrie­ben wer­den, was das Gesamt­sys­tem weni­ger ver­letz­lich und wider­stands­fä­hi­ger macht. Not­wen­di­ge Daten­men­gen aus den Lie­gen­schaf­ten kön­nen mini­miert werden.
2.    Regel­ba­re Tra­fo­sta­tio­nen in Netz­zel­len als Berei­che im Ver­tei­lungs­netz gewähr­leis­ten die Rege­lung im Umfeld viel­fäl­ti­ger dezen­tra­ler Erzeu­gung und ent­las­ten die Leit­war­ten von zu hohen Datenmengen.
3.    Leit­war­ten mit Steu­er- und Pro­gno­se­sys­te­men in Ver­tei­lungs­net­zen kön­nen zuneh­mend vor­aus­schau­end agie­ren und kön­nen somit den Markt bei vor­her­ge­se­he­nen Netz­pro­ble­men einbeziehen.
4.    Das Trans­port­netz stellt die höchs­te Opti­mie­rungs­ebe­ne dar.

Den Nut­zen der beschrie­be­nen Pilot­zo­ne, die es im Rah­men­pro­jekt zu gestal­ten gilt, sieht die Pro­jekt­grup­pe in fol­gen­den Punkten.

Grund­sätz­lich ist das bis­he­ri­ge Par­ti­ku­lar­wis­sen aus For­schungs­pro­jek­ten (z.B. E‑Energy) und von neu­en Tech­no­lo­gien in eine flä­chen­haf­te Imple­men­tie­rung zu über­füh­ren und zu einer  funk­ti­ons­fä­hi­gen Smart Grids-Regi­on zu verbinden.
Mit der Ent­fal­tung von Kom­mu­ni­ka­ti­ons- und Infor­ma­ti­ons­tech­no­lo­gien im Smart Grid wird die Basis für neue Geschäfts­mo­del­le in Netz und Markt demons­triert und über den Wis­sens­trans­fer mit­tels der Smart Grids Platt­form BW e.V. i.G. zügig in die brei­te Pra­xis eingeführt.
Die Erfah­run­gen aus einer groß­flä­chi­gen Pilot­zo­ne wer­den doku­men­tiert und brei­ten Akteurs­krei­sen zur Ver­fü­gung gestellt. Mit der Bewer­tung die­ses Wis­sens zei­gen die Ergeb­nis­se des Rah­men­pro­jek­tes die tech­no­lo­gi­sche Mach­bar­keit des zel­lu­la­ren, auf Erneu­er­ba­ren basie­ren­den Ener­gie­sys­tems sowie noch benö­tig­te Inno­va­ti­ons­be­dar­fe auf.

Mit der Fest­stel­lung der Über­trag­bar­keit auf ande­re Regio­nen wer­den wei­te­re Hand­lungs­be­dar­fe zur Gestal­tung von Rah­men­be­din­gun­gen adressiert.
Die Pilot­zo­ne Baden-Würt­tem­berg wird von den Men­schen, Insti­tu­tio­nen und Fir­men selbst gestal­tet und gelebt, wobei bereits heu­te Gemein­schaf­ten, Koope­ra­tio­nen und Bezie­hun­gen zwi­schen Part­nern ent­ste­hen, die sich bis­her eher aus dem Weg gegan­gen sind. Hier kann als Bei­spiel die zuneh­men­de Zusam­men­ar­beit von Haus­halts­ge­rä­te­her­stel­lern, IKT-Unter­neh­men, Gebäu­de­aus­stat­tern und Ener­gie­dienst­leis­tern genannt wer­den. Die­se Zweck­ge­mein­schaft ent­wi­ckel­te sich aus der Not­wen­dig­keit  der Defi­ni­ti­on neu­er, gemein­sa­mer und inter­ope­ra­bler Prozesse.

Nicht zuletzt ent­steht im Rah­men des Smart Grids BW e.V. mit SG c/sells erst­mals ein flä­chen­de­cken­des, im Feld getes­te­tes Smart Grids-Schau­fens­ter, das einer­seits in den natio­na­len Kon­text des Mit­te Sep­tem­ber 2013 durch das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Tech­no­lo­gie ver­öf­fent­lich­ten För­der­wett­be­werb “Schau­fens­ter Intel­li­gen­te Ener­gie” ein­ge­ord­net, aber auch die zukünf­ti­ge Export­kraft des Lan­des Baden-Würt­tem­berg als Wis­sens­trä­ger stär­ken kann.

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