Stromverteilung der Zukunft: Mit IT Energie-Engpässe verhindern
Die sichere Versorgung mit Strom wird zur Herausforderung, wenn der Anteil der Erneuerbaren Energien wächst. Die Verteil- und Übertragungsnetze müssen dann flexibel auf das schwankende Angebot aus Sonnen- und Windkraftanlagen reagieren, sonst drohen Energieengpässe. In verschiedenen Forschungsprojekten beteiligt sich die QSC AG, um dieses Problem mit intelligenten IT-Lösungen in den Griff zu bekommen. Dabei bringen wir unser Know-how als IT- und vor allem Cloud-Spezialist ebenso ein wie als langjähriger Partner der Energiewirtschaft. Das Projekt FlAixEnergy wurde vom Land NRW ausgezeichnet.
Die Partner beim Forschungsprojekt FlAixEnergy freuen sich über ihre Auszeichnung durch KlimaExpo.NRW 2018. Für die QSC AG waren beim Fototermin Ralf Fischer und Ulrich Hacker dabei (hintere Reihe Mitte). Foto: © Forschungscampus FEN Aachen.
Natürliche Volatilität bei der Energieerzeugung
Betreiber von Verteil- und Übertragungsnetzen sind in Zeiten der Energiewende stark gefordert. Denn Strom aus erneuerbaren Energien wird selten dort produziert, wo er besonders gebraucht wird, zum Beispiel in den Industrieregionen des Rhein- und Ruhrgebiets. Windenergie entsteht vor allem an der Küste, Solarstrom kommt eher aus Süddeutschland.
Windpark bei Heinsberg, der in das Forschungsprojekt eingebunden wurde. Blick aus rund 80 Meter Höhe von einem weiteren Windrad. Foto: © QSC AG / Ralf Fischer.
Je mehr der Anteil von Wind- und Solarstrom am gesamten Stromangebot steigt, umso schwieriger wird der Ausgleich mal von Mangel und dann wieder von Überschuss an Energie. Dabei muss unbedingt eine bestimmte Spannung in den Netzen aufrechterhalten werden, damit eine stabile Stromversorgung gewährleistet werden kann. Und schließlich geht unterwegs immer ein Teil verloren – im Schnitt rund sechs Prozent des transportierten Stroms. Die Netzbetreiber suchen daher dringend nach Mitteln und Wegen, mit denen sich eine intelligente Steuerung von Angebot und Nachfrage bewerkstelligen lässt.
FlAixEnergy: Strom dort verbrauchen, wo er produziert wird
Um eine Lösung dieses Problems bemüht sich seit drei Jahren – bis Ende 2018 – eine Forschergruppe im Projekt FlAiXEnergy, in dem auch ein Team der QSC AG mitarbeitet. Unsere These: Man sollte so viel Strom wie möglich dort verbrauchen, wo er produziert wird. Ziel unserer Forschung ist daher herauszufinden, wie eine intelligente IT-gesteuerte regionale Stromverteilung ablaufen kann. Solche regionalen Strommärkte gibt es bisher so gut wie nicht: Energieproduzenten speisen ihren Strom in der Regel ins öffentliche Netz ein – oder verbrauchen nur einen kleinen Teil davon selbst. Sie stellen ihn aber nicht systematisch der Nachbarschaft zur Verfügung, da dies technisch und organisatorisch bisher nicht möglich war.
Mit FlAixEnergy sollte ein regionaler Strommarkt zunächst in einer begrenzten Region mit industriellen Stromverbrauchern simuliert werden – rund um Aachen. Schon in diesem Frühjahr würdigte das Land NRW das Projekt: Es wurde von KlimaExpo.NRW – einer Initiative der Landesregierung – öffentlich als ein besonders herausragendes Beispiel für den Klimaschutz präsentiert und gewürdigt und damit in die Klimaschutz-Leistungsschau des Landes NRW aufgenommen. Federführend bei dem Projekt, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird, sind das Forschungsinstitut für Rationalisierung an der RWTH Aachen (FIR) und die Flexible Elektrische Netze GmbH (FEN). QSC ist als Experte für cloudbasierte Plattformen beteiligt.
IT-Lösungen für die Verteilung von Strom aus Sonne und Wind
Die FlAixEnergy-Plattform dient dazu, die Vermarktung dezentral erzeugten Stroms in der eigenen Region zu koordinieren. Im Forschungsprojekt wurde dies für industrielle Anwender in der Modellregion Aachen simuliert. Schaubild: FIR Aachen.
Herzstück des Projekts ist eine cloudbasierte Energiemanagement-Plattform, die die Forschergruppe erstellt hatte. Mit ihrer Hilfe arbeitete sie folgende Aufgaben ab:
- Stromangebot und -nachfrage ermitteln: Dazu wurden in der Region Aachen mehrere reale Windkraftanlagen und etliche industrielle Energieverbraucher an die Plattform angeschlossen und alle Informationen über ihr Energieangebot beziehungsweise ihre Energienachfrage in einer Datenbank gespeichert.
- Flexibilitätscluster bilden: Bei der Datenerhebung wurde auch die Flexibilität der Energieverbraucher ermittelt: inwieweit sie bereit und in der Lage wären, überschüssigen Strom zu verwerten, wenn der Wind zum Beispiel besonders kräftig weht. Heutzutage müssen bei einer solchen Situation häufig die Windkraftanlagen vorübergehend abgestellt werden. Wünschenswert aber wäre es, dass überschüssiger Strom zu niedrigeren Preisen abgegeben würde, die Anlagen weiterlaufen könnten und letztlich rentabler wären. Die Energieverbraucher würden dabei von niedrigeren Preisen profitieren und könnten Energiekosten sparen. Das Ergebnis der Datenerhebung bei FlAixEnergy war ein sogenanntes Flexibilitätscluster auf der Plattform – mit Informationen darüber, wie flexibel welches Unternehmen Energie abnehmen kann.
- Simulationen durchführen: Auch mit Hilfe der Plattform und eigens dazu entwickelter Algorithmen wurden Angebots- und Nachfragesituationen simuliert: Die regionale Energienachfrage wurde mit dem Angebot aus Anlagen der dezentralen Energieerzeugung synchronisiert, die auf der Plattform in einem virtuellen Kraftwerk zusammengefasst worden waren.
- Referenzrahmen schaffen: Schließlich entwickelte das Forschungskonsortium ein Referenzmodell zur Identifikation, Bewertung und Nutzung von Energieflexibilität in Industrieunternehmen. Es wurde als DIN SPEC 91366 vom Deutschen Institut für Normung (DIN) offiziell verabschiedet. Auch daran war die QSC AG maßgeblich beteiligt. Die DIN SPEC richtet sich an Verbraucher, die sich für eine Teilnahme am Spot- und Regelenergiemarkt interessieren sowie an energierelevante Industrieunternehmen, die damit in Zukunft Flexibilitätsoptionen umsetzen können.
Energiemanagement ermöglicht einfache Teilhabe am Strommarkt
Ohne dem Abschlussbericht von FlAixEnergy vorgreifen zu wollen, lässt sich schon jetzt feststellen: Das in dem Projekt entwickelte und getestete Verfahren ermöglicht es den teilnehmenden Betrieben auf einfache Art und Weise, am Strommarkt teilzunehmen. Eine Ausbildung als Strombörsenmakler ist dafür nicht notwendig. Der Algorithmus einer solchen Plattform bündelt die Vielfalt der Informationen und übermittelt leicht verständliche „Stromfahrpläne“ an die Unternehmen, so dass diese frei entscheiden können, welche Flexibilitäten sie bereitstellen wollen.
Energiemanagement in der energieflexiblen Produktion – getestet in einer Demofabrik an der RWTH Aachen. Hier wurden die Verbrauchsdaten der Industriebetriebe erfasst. Foto: © DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH.
Gleichzeitig haben die Betriebe die Möglichkeit, ihre Stromkosten durch das Bereitstellen von Flexibilitätspotenzialen zu senken. Das Übertragungs- und Verteilnetz wird durch die Synchronisation von Energieerzeugung und Strombedarf und über der Nutzung der Flexibilität entlastet. In letzter Konsequenz ist durch die erhöhte Nutzung von regionalem Strom ein weniger starker Netzausbau erforderlich. FlAixEnergy trägt folglich dazu bei, Übertragungsverluste und CO2-Emissionen zu reduzieren. Dieses wurde mit der Auszeichnung durch KlimaExpo.NRW bereits gewürdigt.
Weitere Forschung und ökonomischer Druck in der Energiewende
Wann eine solche Plattform tatsächlich zum Einsatz kommt, ist aber schwer abzuschätzen. Zunächst sollte eine bundesweite Datenerhebung nach dem Muster des FlAixEnergy-Projekts durchgeführt werden. Darum könnte sich zum Beispiel eine Fortsetzung des vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekts Swarmgrid kümmern. Dort ging es bisher darum, wie man Wind- und Solarpanels so zusammenschalten kann, dass das Netz maximal stabil bleibt. Im überregionalen Kontext spielt auch das Thema Multi-Cloud eine wichtige Rolle, da man dann sinnvollerweise verschiedene vorhandene Cloud-Plattformen zusammenschalten sollte. Wie das funktionieren kann, war Thema des europäischen Forschungsprojekts CYCLONE, an dem QSC ebenfalls beteiligt war.
Mit einigen Jahren Forschungs- und Entwicklungszeit ist sicherlich zu rechnen. Erwarten kann man aber auch, dass neben Netzbetreibern bald auch viele Erzeuger erneuerbarer Energien großes Interesse an regionaler Stromvermarktung zeigen werden. Denn ihre Förderung, die bisher über eine sichere Einspeisevergütung erfolgte, will der Staat ab 2020 für zukünftige Anlagen nicht mehr anbieten. Das Interesse, den erzeugten Strom auf jeden Fall zu verkaufen, wird dann beträchtlich zunehmen.
Weitere Informationen:
- Projekt FlAixEnergy
- Flexible Elektrische Netze GmbH (FEN)
- Forschungsinstitut für Rationalisierung an der RWTH Aachen (FIR)
- Demofabrik Aachen
- QSC nutzt Multi-Cloud-Technologien für die Energiewende (QSC-Blog)