Der Seven2one Blog

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Wie eine Ampel den Stromfluss im Smart Grid regeln soll

von Filippos Sivorotka

Projekte

Welche Aufgabe ein Smart Grid hat, können wir uns ungefähr vorstellen: In einem Stromnetz mit dezentraler und fluktuierender Stromerzeugung müssen Angebot und Nachfrage in Einklang gebracht werden. Aber was diese Aufgabe mit einer Ampel zu tun hat, können wir uns hingegen kaum vorstellen. Dabei kann die Ampel für das Stromnetz helfen, Engpässe sowie einen teuren und ineffizienten Ausbau der Stromnetze zu vermeiden. Die Einrichtung einer solchen Netzampel ist das "Herzstück" des Forschungsprojektes grid-control. An dem Projekt sind neun Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt, auch wir von Seven2one. Unser Ziel und das unserer Partner: Wir wollen eine intelligente Gesamtlösung für das Stromnetz der Energiewende entwickeln.

grid-control: Die Energiewende im Verteilnetz

Die Stromnetze stehen in Zeiten der Energiewende vor neuen Herausforderungen. Die Anzahl von Anlagen mit schwankender Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie wächst. Der erzeugte Strom wird in Verteilnetze eingespeist, die dafür nicht ausgelegt sind. Zu manchen Zeiten haben wir bereits auf lokaler Ebene mehr Stromerzeugung als Nachfrage. Das liegt im Wesentlichen an der Zunahme von dezentralen Erzeugungseinheiten. Insbesondere im ländlichen Raum ist ein starker Zuwachs an Photovoltaik-Anlagen (PV) zu beobachten. Demgegenüber stehen wenige Verbraucher. Im urbanen Bereich ist durch die Elektromobilität zukünftig mit ganz neuen Lastprofilen auf Nachfrageseite zu rechnen. Gleichgültig, ob Stadt oder Land: Das Verteilnetz hat zu bestimmten Zeiten nicht mehr ausreichend Kapazität, um überschüssigen Strom aus dem Niederspannungsnetz abzutransportieren bzw. die für die angeforderten Lasten ausreichend Leistung bereitzustellen. Es wird also buchstäblich eng in den Verteilnetzen. Zur Vermeidung von Netzengpässen und Netzausfällen sind Abregelungen von Anlagen heute schon in der Praxis üblich, der Ruf nach Netzausbau die klassische Konsequenz.

Der Netzausbau ist teuer. Wir brauchen vielmehr eine intelligente Verknüpfung von Nachfrage, Erzeugung und Speicherung des Stroms aus erneuerbaren Energien. Die Netznutzung muss so optimiert sein, dass kein Engpass entsteht, in dem Nachfrage und Angebot durch gezielte Ausnutzung von Flexibilitäten in Einklang sind. 

Netzengpässe vermeiden mit Flexbilitätsmanagement

Um eine Lösung für das Verteilnetz der Zukunft zu finden, haben sich in 2015 neun Akteure (ads-tecFichtner IT ConsultingFZI Forschungszentrum InformatikKarlsruher Institut für Technologie (KIT)Landis+GyrNetze BW, Seven2one, Universität StuttgartPREdistribuce) aus Wissenschaft und Wirtschaft, vom Verteilnetzbetreiber Netze BW bis zum Softwareanbieter Seven2one, für das Forschungsvorhaben grid-control zusammengeschlossen. Gemeinsam will das Konsortium ein Verfahren entwickeln, welches die Verteilnetze mit einem marktwirtschaftlichen Ansatz, bzw. mit wirtschaftlichen Anreizen, optimiert. Die Projektpartner betrachten dabei das Zusammenwirken von Erzeugung, Elektrofahrzeugen, Batteriespeichern und Smart-Home-Lösungen in regionalen Netzclustern. Das Projekt läuft drei Jahre und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert im Rahmen der Initiative "Zukunftsfähige Stromnetze".

Wie die Ampel auf der Straße den Verkehr regelt, wollen die Projektpartner die Verteilnetze mit einer Netzampel regeln. Im Stromnetz sorgt die Ampel dafür, dass steuerbare Komponenten im Nieder- und Mittelspannungsnetz so geregelt werden, dass keine Engpässe im Stromnetz entstehen.

Die Ampel von grid-control basiert auf dem Netzampelkonzept des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW). In dem Konzept geht es um die Interaktion von Marktteilnehmern und Netzbetreibern, um den Netzausbau im Verteilnetz auf intelligente Weise zu reduzieren. Wie bei der Verkehrsampel bedeutet "Grün" auch im Stromnetz freie Fahrt, es sind keine Engpässe zu erwarten. In diesem Fall haben die Marktteilnehmer (sog. "Aggregatoren") innerhalb definierter Freigaberäume freien Handlungsspielraum und können die flexiblen Verbraucher und Erzeugungsanlagen ihrer Kunden ("Prosumer") frei einsetzen. Steht die Netzampel auf "Rot" ist der Engpass im Netz bereits eingetreten und der Netzbetreiber muss mittels Fernsteuertechnik die Anlagen der Prosumer für einen erforderlichen Zeitraum abschalten.

Interessant wird es in der gelben Ampelphase. In dieser Phase erwartet die Prognose einen Netzengpass und eine Interaktion von Netz und Markt ist erforderlich, damit dieser Engpass nicht auftritt. Alle Marktteilnehmer des betroffenen Netzclusters erhalten vom Netzbetreiber diskriminierungsfrei über eine Quote Netzkapazität zugewiesen. Jetzt kommen Flexibilitäten wie z.B. Speicher, Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen zum Einsatz. Die Marktteilnehmer passen den Einsatz der flexiblen Anlagen ihrer Prosumer durch Optimierung der Ziel-Fahrpläne so an, dass die vorgegebenen Quoten des Netzbetreibers eingehalten werden, das Stromnetz damit lokal entlastet und ein Engpass vermieden wird.

Von der Theorie in die Praxis: Feldtest in Freiamt im Schwarzwald

Um die Verfahren, die wir im Projekt entwickelt haben, auch in der Praxis zu testen, läuft derzeit ein Feldversuch im badischen Freiamt. Die Projektpartner wollen so die Machbarkeit des Konzeptes bestätigen. Freiamt ist durch die große installierte Erzeugungsleistung aus erneuerbaren Energien – insbesondere privaten Photovoltaikanlagen - gut geeignet für den Feldtest.

Blick auf Freiamt

Bei 30 privaten Haushalten und Landwirtschaftsbetrieben sind jetzt die vorhandenen Photovoltaikanlagen mit einer neuen Steuertechnik ausgestattet, teilweise sind Batteriespeicher eingebaut und Gebäudeenergiemanagementsysteme installiert worden. Zusätzlich kommen ein zentraler Batteriespeicher mit 120 kWh Kapazität, ein regelbarer Ortsnetztrafo und eine Ladesäule für Elektrofahrzeuge im Feldtest zum Einsatz. Weitere Komponenten im Testaufbau sind Mess- und Kommunikationstechnik in rund 30 Ortsnetzstationen. Der Feldtest läuft seit dem 11. Oktober und geht voraussichtlich bis zum Herbst 2018.

Seven2one Fokus im Projekt: Flexibilitäts- und Lastmanagement

FMS und GLMS – Hinter diesen beiden Abkürzungen stecken die Projektthemen von Seven2one. Wir kümmern uns um das Lastmanagement im Stromnetz (Grid Load Management System) und um die Optimierung der Flexibilitäten der Marktteilnehmer (Flexibilitätsmanagement-System). Was steckt dahinter? Welche Prozesse laufen ab? Welche Technologien kommen zum Einsatz? Dies und mehr erfahren Sie in einem kommenden Blogbeitrag. 

Blogroll Projekt grid-control

Gastbeitrag im Blog "Dialog.Energie.Zukunft" von grid-control Projektleiterin Katharina Volk, Netze BW GmbH

zum Blogbeitrag
 

Aggregator

Aggregator steht für einen unabhängigen Vermarkter von Flexibilität. Vertikal integrierte Energieversorgungsunternehmen und Energiegenossenschaften agieren üblicherweise als Aggregatoren für ihre Energiekunden. Die Aggregatoren gruppieren und organisieren ihre Kunden, um optimale Preise und Effizienz zu erzielen. Der Aggregator ist ein Lieferant ohne eigenen Bilanzkreis. Er schließt mit einem (Sub-)Bilanzkreisverantwortlichen einen Liefervertrag und ordnet seine Kunden dem betreffenden Bilanzkreis zu.

Prosumer

Als Prosumer bezeichnet man einen Kunden (Firma oder privater Haushalt), der zugleich Konsument (z.B. verbraucht Strom) und Produzent (z.B. erzeugt Strom mit PV-Anlage) ist.



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