Im Westen vernetzt

Management

Drei Bundesländer haben sich bei Designetz zusammengetan, um das Energiesystem der Zukunft zu testen. Ländliche Erzeugung und städtischer Verbrauch sollen über einen kaskadierenden Ansatzintelligent vernetzt und in Einklang gebracht werden.

21. September 2017

Ob Handel- oder Transportweg, ob als Ausgangspunkt für Besiedlung, zur Energiegewinnung oder einfach zur Naherholung: Flüsse sind Lebensadern und verbinden. Was wären Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und das Saarland ohne ihre großen Flüsse? Die Saar fließt in die Mosel, die Mosel in den Rhein. Der Rhein als größter Fluss Deutschlands verbindet die beiden Bindestrich-Länder miteinander, Mosel und Saar fließen durch Rheinland-Pfalz und das Saarland. Mit über 22 Millionen Einwohnern leben in diesen drei Ländern mehr als ein Viertel der Bevölkerung Deutschlands.

Ballungszentren wie die Metropolregion Rhein-Ruhr finden sich ebenso wie stark industrialisierte Regionen und wechseln sich ab mit ländlichen Bereichen, teils mit hohem Anteil an erneuerbaren Energien. Unter anderem Maschinen- und Anlagenbau, die Automobil- sowie Chemie- und Pharmaindustrie sind wichtige Arbeitgeber. Das Saarland und Nordrhein-Westfalen waren zudem historisch gesehen Heimat von Kohle und Stahl, auch wenn der Strukturwandel hier einiges verändert hat.

Was die drei Länder außerdem verbindet, ist das Projekt ›Designetz‹. Es ist eines der fünf vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Schaufenster intelligente Energie (Sinteg) und liegt geografisch gesehen im westlichen Teil der Republik. Das Projektvolumen beträgt gesamt rund 66 Millionen Euro, das Ministerium fördert Designetz mit rund 30 Millionen.

47 Partner aus Energiewirtschaft, Industrie und Stadtwerken entwickeln unter der Konsortialführung von Innogy ein gesamtheitliches Konzept für die Energiewende. Es soll ländliche Erzeugung mit städtischem Verbrauch in Einklang bringen und lokale Lösungen intelligent vernetzen. Eine wichtige Rolle spielen dabei auch Informations- und Kommunikationstechnik sowie smarte Verteilnetze. »Wir von Designetz haben uns die Frage gestellt: Wie muss das Verteilnetz der Zukunft aussehen, um all die erneuerbaren Energien in das Versorgungssystem zu integrieren?«, erläutert Eva Wagner, Projektleiterin bei Westnetz/Innogy. »Denn die Energiewelt wandelt sich - immer mehr Strom wird in Zukunft aus erneuerbaren Energien gewonnen.« Bereits heute gebe es in Deutschland mehr als 1,6 Millionen dezentrale Erzeugungsanlagen, die Strom aus Windkraft, Sonnenenergie oder Biogas ins Netz einspeisen. »Davon sind über 95 Prozent an das Verteilnetz angeschlossen.«

Datenknoten verbinden Lokale Energiezellen

Das Schaufenster verbindet verschiedene bereits funktionierende oder im Projektverlauf noch zu entwickelnde Einzellösungen zu einem Gesamtsystem. »Wir erproben das möglichst effiziente Zusammenspiel von Erzeugungs,- Speicher- und Digitalisierungslösungen. Gleichzeitig integrieren wir im Rahmen der Sektorkopplung weitere Energiesysteme in das Gesamtkonzept«, so Wagner. »Unser Ziel ist die Entwicklung einer Blaupause für das Energiesystem der Zukunft, das nahezu zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien und intelligenten Netzkonzepten besteht.«

Rund 30 Projekte innerhalb der Bundesländer wollen die Partner dabei verknüpfen. Die Projekte sind in vier Clustern thematisch sortiert: Speicher, Netzintelligenz, Digitalisierung und Power-to-x-Technologien. Einige Projekte beinhalten auch Elemente von mehr als einem Cluster.

»Unser Ansatz ist sehr umfassend und ehrgeizig.« Die Modelllösung solle auf Deutschland und darüber hinaus übertragbar sein. Dafür unterteilen die Partner das Gesamtsystem in lokale Energiezellen, die über regionale Knoten miteinander kommunizieren und Waben bilden. Diese sind wiederum an zentrale Datenknoten angebunden.

Die IT-Architektur, die alle Projekte miteinander verbindet, bezeichnen sie als Energy Gateway. Es werden ein zentraler, drei regionale und mehrere lokale Datenknoten realisiert, in die die aus den Teilprojekten bereitgestellten Daten einfließen und von Ebene zu Ebene weitergegeben werden. Das Gateway dient der Adressierung und Aggregation von Flexibilitäten.

Die Struktur lässt sich dann abhängig von den jeweiligen Erfordernissen auf neue Regionen oder weitere technische Lösungen ausweiten. »Durch diesen kaskadierenden Ansatz schaffen wir die Voraussetzung, um die Komplexität des zukünftigen dezentralen Energiesystems managen zu können. Hierbei entwickeln wir ein technisches Konzept als Grundlage perspektivischer Marktmodelle«, stellt Wagner heraus.

Das Schaufenster stößt auf großes Interesse in den Regionen, wie die Projektleiterin berichtet: »Viele Landkreise sind unglaublich innovativ und empfangen uns mit offenen Armen. Zum Beispiel der Rhein-Hunsrück-Kreis, in dem wir unser Projekt ›Energiewabe Rhein-Hunsrück-Kreis‹ umsetzen.« Es geht um ein kaskadiertes Energiemanagement vom Haushalt bis zur Umspannanlage.

In Nordrhein-Westfalen wird andererseits zum Beispiel im Projekt ›Energiewabe Innovationcity‹ das Flexibilitäts- und Netzstabilisierungspotenzial von Mikro-KWK-Anlagen ermittelt. Ziel ist dabei, künftige Versorgungsaufgaben besser abschätzen zu können und zielgerichtet Systemdienstleistungen zu entwickeln. Das Gas-Wärme-Institut in Essen realisiert im Rahmen des Projekts ein Prototyp-System, in das die Flexibilitäten von bis zu 15 dezentralen Mikro-KWK-Anlagen einfließen sollen.

›Smart Station‹ ist ein weiteres Projekt aus NRW. Hier werden konventionelle Umspannanlagen weiterentwickelt. Es soll zeigen, wie Leistungsflüsse im Nieder- und Mittelspannungsnetz sowie im überlagerten 110-kV-Netz so gesteuert werden können, dass die witterungsabhängige Stromeinspeisung durch das Nutzen zeitlich flexibler Lasten in der Region verbraucht wird. Wieder einen anderen Schwerpunkt setzt beispielsweise das Projekt ›Energiestudio Rheinhessen‹ in Rheinland-Pfalz.

Hier geht es darum, Erneuerbare-Energie-Anlagen, Speicher und E-Mobilität zur Optimierung der Energieversorgung innerhalb eines Neubaugebiets aufzuzeigen. Teil des Projekts ist auch die Demonstration einer Power-to-Heat-Anlage in der Nahwärmeversorgung. Zudem werden Smart-Home-Techniken eingesetzt. Alle Erzeugungs- und Speicheranlagen werden in ein virtuelles Kraftwerk eingebunden.

Demonstratoren und Hebel

Das Projekt ›Energiewende in der Stadt‹ der Stadtwerke Mainz beschäftigt sich mit dem Thema Power to x als multimodaler Systemstabilisator im urbanen Raum. Es geht um die intelligente Verknüpfung von Strom, Gas, Wärme, Verkehr und Industrie im städtischen Umfeld. Der Einsatz von bereits bestehenden Anlagen soll optimiert werden und sektorenübergreifend Flexibilitäten zur Verfügung stellen.

Ein Projekt im Saarland ist zum Beispiel ›EMIL – Energienetze mit innovativen Lösungen‹. Hier will man mit intelligenter Netzplanung und intelligentem Netzbetrieb die nötige Infrastruktur für einen hohen Anteil an Erneuerbaren schaffen. Unter anderem sollen intelligente Messsysteme netzdienlich eingesetzt werden. Ein weiteres Projekt will zeigen, inwieweit sich der Fernwärmespeicher Dillingen als aktives dezentrales Element eignet, bestehende Sektoren über die Fernwärmeschiene Saar zu flexibilisieren. Dabei wollen die Partner die Kopplung des Speichers mit den Sektoren Strom, Fernwärme und Grubengas weitentwickeln und erproben. Um Flexibilitätspotenziale zu ermitteln, soll er verstärkt im Zusammenspiel mit KWK-Anlagen eingesetzt werden.

Neben solchen Demonstrationsprojekten besteht Designetz auch aus sogenannten Hebelprojekten. Es sind bereits bestehende Projekte wie Power to gas, Grid4EU oder Smart Country. Sie gehören in den Gesamtkontext und schaffen Vollständigkeit auf dem Weg zu einer Blaupause der Energiewende, so Wagner.

»Bis, grob gesagt, etwa Mitte des Projektes wird das Grundkonzept für das künftige Energiesystem entwickelt und die Demonstratoren/Hebel aufgebaut«, erläutert sie weiter. In der zweiten Projekthälfte fügen die Partner diese Bausteine zum Gesamtenergiesystem zusammen und testen und analysieren das Geschaffene. Dann werden die wesentlichen Erkenntnisse gewonnen, ob das feinteilige und dezentrale Energiesystem stabil läuft und auf Deutschland und darüber hinaus hochskaliert werden kann.

Außerdem soll untersucht werden, inwieweit Akteure wie Wirtschaft und Gesellschaft Flexibilitätsoptionen bereitstellen und sich beteiligen können. »Eine der Designetz-Kernaussagen ist: Die Energiewende startet und endet beim Bürger. Und genau so ist das: Hunderttausende von kleinen Einspeiseanlagen werden das Energiesystem der Zukunft speisen«, so Wagner.

Den Bürger vor Ort einzubinden und zu informieren, ist den Partnern wichtig. So baut man zum Beispiel die ›Route der Energie‹, mit Informationsstelen in Verbindung mit einer App und Augmented-Reality-Elementen. Diese entstehen als sogenannte Haltestellen an den Demonstrationsprojekten. Ende November soll NRW-Ministerpräsident Armin Laschet die erste Haltestelle in Ibbenbüren eröffnen.

Das Schaufensterprojekt läuft bis Ende 2020. »In diesen Jahren wird viel passieren - natürlich wissen wir auch im Vorfeld nicht immer, auf welche Herausforderungen wir treffen werden, denn schließlich muss vieles noch entwickelt und erforscht werden«, so Wagner. Aber genau das mache den Reiz eines Forschungsprojekts aus. »Es bleibt spannend, wie sich die Energiepolitik und auch der Energiemarkt generell entwickeln werden. Wir müssen daher auch immer wieder verifizieren, ob unsere Vision der Energiewende noch zu den aktuellen Entwicklungen passt.« (mwi)

Erschienen in Ausgabe: 08/2017