Smart Grids BW

Highlights aus der Projektgruppe Technologie des Smart Grids BW e.V.

Smart Grids BW e.V,
Smart Grids Plattform Baden-Württemberg - AG Technologie - Vorstellung Smart Grids Roadmap

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.

Andreas Kießling
Über Andreas Kießling 42 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.

Hinterlasse jetzt einen Kommentar

Kommentar hinterlassen

E-Mail Adresse wird nicht veröffentlicht.


*


neunzehn + 15 =