17.08.2020

Digitalisierung der Energiewende systemisch betrachten: Projekt SynergieQuartier Walldorf gestartet

Der effiziente Fortschritt der Energiewende ist ohne eine ausgebaute intelligente Vernetzung von Akteuren und digitalisierten technischen Systemen nicht denkbar - gerade angesichts der Herausforderungen durch den stetig wachsenden Anteil schwankender Energiebereitstellung durch Sonne und Wind. Bei der Digitalisierung für ein wirtschaftliches und robustes Energiesystem der Zukunft müssen jedoch viele Aspekte ganzheitlich aufeinander abgestimmt werden. Hier setzt das neue, vom FZI Forschungszentrum Informatik geführte Verbundprojekt SynergieQuartier Walldorf an, das auf intelligente Messsysteme mit Smart-Meter-Gateways setzt. Mit einer systemischen Sichtweise soll das Projekt die sinnvolle Digitalisierung des Energiesystems auch unter Berücksichtigung sozialwissenschaftlicher, energierechtlicher und -ökonomischer Aspekte erforschen und praxisnah in einem Feldtest aufzeigen.

Wohnquartier mit mehrstöckigen Häusern mit Solarpanels auf dem Dach
Synergiequartier Walldorf: Die Digitalisierung des Energiesystems umfassend betrachten.

Die Energiewende verzahnt zahlreiche dezentrale Elemente, die bisher oft getrennt gesehen wurden. Skizziert man das zukünftige „Smart Grid“, werden viele Wechselwirkungen deutlich: Elektrofahrzeuge können beispielsweise dann Strom „tanken“, wenn viel Wind weht oder die Strompreise an der Börse günstig sind. Ebenso können Stromproduzenten dynamisch auf die Netzsituation reagieren und dafür eine Vergütung erhalten. Im Gegenzug können Netzbetreiber ihre Netze wirtschaftlicher betreiben und erneuerbare Energiequellen besser integrieren.

Komplexes Zusammenspiel für Flexibilitätserschließung

Viele Akteure, Regularien und technische Möglichkeiten gilt es also gemeinsam zu betrachten: Zwischen Netzbetreibern und Stromlieferanten muss der markt- und netzorientierte Einsatz von Flexibilität im Stromverbrauch abgestimmt werden. Die Kommunikation soll über standardisierte Kommunikationseinheiten, die Smart-Meter-Gateways, sicher verschlüsselt und skalierbar stattfinden.

Smart-Meter-Gateways ermöglichen zum einen, Anreize zur Lastverschiebung zu empfangen und sie zur dezentralen Optimierung an lokale Energiemanagementsysteme weiterzureichen. Zum anderen können sie Messdaten von digitalen Zählern empfangen, visualisieren und diese für Marktakteure aufbereiten.

Nicht zuletzt ist auch entscheidend, unter welchen Voraussetzungen und bei welchen Anreizen die Nutzer sich bereit erklären, den Speicher ihres Elektrofahrzeuges oder ihrer Wärmepumpe zur Stabilisierung des Stromnetzes zur Verfügung zu stellen.

Am Beispiel des dynamischen Ladens von Elektrofahrzeugen wird deutlich, dass hier viele Fragen noch ungeklärt sind:

  • Wie werden Ladepunkte dazu gebracht, effektiv und effizient auf Flexibilitätsanfragen zu reagieren?
  • Wie werden Komforteinbußen für die Nutzer minimiert?
  • Wann sollte ein Netzbetreiber verpflichtend eingreifen?
  • Und wie kann er sichergehen, dass Kunden von unterschiedlichen Stromlieferanten verlässlich auf seine Signale reagieren?
  • Welche Möglichkeiten bieten intelligente Messsysteme, die neu in Deutschland ausgerollt werden?
  • Wie sollte die heutige Regulatorik weiterentwickelt werden, um neuen Technologien gerecht zu werden und das vorhandene Flexibilitätspotenzial wirtschaftlich zu erschließen?

Neben der Elektromobilität erstreckt sich das dezentrale Flexibilitätspotenzial auch auf Wärmepumpen, Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung und stationäre Batterien.

SynergieQuartier: flexible Lasten, Erzeuger und intelligente Messysteme in der Praxis

Im Projekt SynergieQuartier Walldorf untersuchen die Verbundpartner pilothaft wie sich die neuen flexiblen Lasten und die Erzeuger in der Praxis auf Basis der standardisierten Infrastruktur intelligenter Messsysteme koordinieren lassen. Unter Berücksichtigung aller relevanten Akteure und technischen Systeme sowie der heutigen Märkte und verbundenen Regularien wird das heutige Systemdesign weiterentwickelt. Ziel ist, bestehende und neue Rollen abzubilden und die Kommunikation zwischen den Teilnehmern im Energiemarkt und Stromnetzbetrieb effizient, sicher und damit zukunftsfähig zu gestalten. So können morgen kritische Netzsituationen im Verteilnetz vermieden und der Netzausbau auf das notwendige Maß beschränkt werden.

Durch einen Feldtest mit Haushalten in Walldorf wird das System, das auf Erfahrungen des Vorgängerprojektes „Living Lab Walldorf“ aufbaut, praktisch evaluiert.

Akteure der Energiewirtschaft im Boot

Verbundpartner im Projekt sind neben dem Konsortialführer FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe als wichtige Akteure der Energiewirtschaft

Die Stadtwerke Walldorf GmbH & Co. KG, die MVV Energie AG und die MVV Netze GmbH treten als Netzbetreiber bzw. Stromlieferanten auf und kümmern sich unter anderem um die Durchführung des Feldtestes, der von sozialwissenschaftlichen Studien begleitet wird.

Die beegy GmbH setzt als Energiedienstleister das dezentrale Energiemanagement in den teilnehmenden Haushalten vor Ort um.

Das KIT-Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP) beschäftigt sich unter anderem mit der Lade- und Netzmodellierung und entwirft Verfahren zur Identifikation kritischer Netzsegmente.

Das FZI fokussiert sich auf das digitalisierte Energiesystemdesign und erforscht Schnittstellen sowie technische Systeme zur dezentralen Steuerung über intelligente Messsysteme. Aspekte der Kommunikation und Optimierung sowie der IT-Sicherheit nehmen hierbei einen zentralen Platz ein.

Das dreijährige Verbundprojekt wird mit rund zwei Millionen Euro durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.


„Der dieses Jahr gestartete Rollout intelligenter Messsysteme und aktuelle regulatorische Überarbeitungen bilden die Grundlage zur synergetischen Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität durch dezentrale Energiemanagementsysteme. Mit dem Projekt SynergieQuartier Walldorf haben wir uns zum Ziel gesetzt, auf kleinem Raum, aber dennoch mit allen wesentlichen Akteuren und technischen Systemen den mehrwertbringenden Einsatz intelligenter Messsysteme im Feld aufzuzeigen." (FZI-Abteilungsleiter und Projektleiter Manuel Lösch)


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