Serie Sinteg

Stadt-Land-Smart

Ganz im Norden Deutschlands liegt das Schaufenster-Projekt NEW 4.0. Das eher ländlich geprägte Windland Schleswig-Holstein und die Großstadt Hamburg arbeiten gemeinsam an einemintelligenten Konzept: Sie wollen lokale Stromüberschüsse auf dem Land nicht mehr abregeln, sondern diese unter anderem für den Energiebedarf großer Industrieunternehmenin der Hansestadt nutzen. Dafür gilt es, den Energiebedarf flexibler zu steuern.

10. Dezember 2018
(Bild Datenmeer: psdesign/stock.adobe.com; Bild Vordergrund: Blickfang/stock.adobe.com)

Wer durch Schleswig-Holstein auf dem Weg zu den nordfriesischen Inseln ist, kommt in vielen Landstrichen nicht an ihnen vorbei: Windräder. Das Land zwischen Nord- und Ostsee grenzt auf der einen Seite an Dänemark, auf der anderen Seite an die Hansestadt Hamburg. »Hamburg und Schleswig-Holstein bilden eine optimale Modellregion, um Lösungen für eine der wichtigsten Herausforderungen der Energieversorgung von morgen zu erproben: die Bewältigung des wachsenden Ungleichgewichts von Erzeugung und Verbrauch«, so Professor Werner Beba, Projektkoordinator des Schaufensters NEW 4.0 (Norddeutsche Energiewende 4.0) und Leiter des Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz der HAW Hamburg.

NEW 4.0 ist eines der fünf Schaufenster intelligente Energie (Sinteg). 60 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik der beiden Bundesländer arbeiten in acht Arbeitsgruppen an der Zukunft der Energiewelt und realisieren über 100 Einzelprojekte. »Während in Hamburg als bevölkerungsreicher Metropolregion und starkem Industriestandort ein großer Verbrauchsschwerpunkt liegt, ist das Küstenland Schleswig-Holstein ein bedeutendes Erzeugungszentrum für Windenergie«, führt Beba weiter aus.

Die Windkraftanlagen müssten aber allzu oft abgeregelt werden, da Verbrauch und Erzeugung nicht synchronisiert sind. »Lokale Stromüberschüsse künftig nicht mehr abzuregeln, ist eines der Kernziele von NEW 4.0. Intelligente Erzeugungssteuerung und Flexibilitätsplattformen spielen dabei eine wichtige Rolle.« Das Projekt verfolgt eine Doppelstrategie, um die Menge an erneuerbarem Strom insgesamt zu erhöhen: Zum einen soll der Stromexport in andere Regionen gefördert werden, wie etwa in die Region Hamburg. Zum anderen gilt es, lokalen Strom auch lokal zu nutzen – etwa durch Einsatz von Speichern oder Flexibilisierung der industriellen Produktion, aber auch durch die Umwandlung von überschüssigem Strom in Wärmeenergie oder Wasserstoff.

»Ein Kernziel ist, lokale Stromüberschüsse nicht mehr abzuregeln.«

— Prof. Werner Beba, HAW

Industrie und Speicher im Fokus

Insgesamt sind 25 Demonstratoren geplant. Ein Fokus liegt im Projekt auf der Rolle der Industrie. »Wir haben mit Aurubis, Trimet und Arcelor Mittal zum Beispiel die drei größten Energieverbraucher in Hamburg an Bord, die zusammen rund ein Viertel des Hamburger Strombedarfs verbrauchen.« Sie erproben etwa, ihren Energiebedarf flexibler zu steuern, damit sich Windstrom genau dann für die Produktion nutzen lässt, wenn er im Netz anfällt – entweder durch zeitliches Verlagern industrieller Prozesse oder durch Umwandeln von regenerativ erzeugtem Strom, etwa in Wärme oder Gas.

So erprobt beispielsweise Stahlhersteller Arcelor Mittal im Time-Shift-Projekt, wie sich die Schmelzleistung eines Elektrolichtbogenofens so anpassen lässt, dass man lastflexibel auf externe Signale aus dem Strommarkt reagieren kann. Dazu werden auch optimale Arbeitspunkte für den lastflexiblen Betrieb definiert. Im Projekt Power to Steel entwickeln und analysieren die Partner das Konzept einer induktiven Knüppelvorwärmung vor einem erdgasbefeuerten Wiedererwärmungsofen. So lässt sich in Zeiten von viel Windstrom dieser Strom statt Gas einsetzen. Am Ende soll ein belastbares Konzept für die Realisierung inklusive Wirtschaftlichkeitsberechnung stehen.

»Es ist eine innovative Digitalstrategie notwendig – und eine enge Zusammenarbeit.«

— Professor Werner Beba, HAW

Mit Aurubis plant ein Vertreter der Nichteisen-Metall-produzierenden Industrie, einen Teil der jetzigen Dampferzeugung aus Erdgas durch eine Power-to-Heat-Anlage zu ersetzen. Außerdem beabsichtigt er, weitere Flexibilitätspotenziale und deren Grenzen zu analysieren – unterstützt durch den Projektpartner Dezera.

Aluminiumproduzent Trimet will im Projekt Virtuelle Batterie die Elektrolyse flexibilisieren und dafür den Wärmehaushalt der einzelnen Zellen im Elektrolyseofen gezielt steuern. Dazu plant er, steuerbare Wärmetauscher zu entwickeln, die die Energiebilanz im Ofen trotz Veränderung des zugeführten Stroms aufrecht erhalten.

In Schleswig-Holstein als Erzeugungsregion werden dagegen vor allem neue Speichertechnologien getestet. Zum Projekt gehört etwa Europas größter Batteriespeicher in Jardelund. »Außerdem machen wir die Windanlagen intelligenter, um besser auf die schwankenden Anforderungen des Netzes zu reagieren. Parallel zu diesem technologischen Bereich wollen wir lokale marktwirtschaftliche Anreize für Netzbetreiber, Anlagenbetreiber und Industriebetriebe schaffen, damit das System der Flexibilität funktioniert.«

Man müsse Systemsicherheit mit verschiedenen Komponenten erzielen und dazu eine Vielzahl von Technologien miteinander koppeln. Die Herausforderung dabei, Energiewende ganzheitlich zu realisieren, sieht Beba darin, wie man alle Beteiligten im Energiesystem so verbindet, dass ein Informationsaustausch über Netzzustände und Energieverbräuche in Echtzeit möglich ist. »Dafür ist eine innovative Digitalstrategie notwendig – und eine enge Zusammenarbeit über alle Einzelprojekte hinweg.«

Go-live der Flexibilitätsplattform

Die Arbeitsgruppe IKT steuert etwa die gesamte Kommunikationstechnik und baut den Datenaustausch zwischen den Akteuren auf. »Erste Erfolge haben wir schon damit erzielt, dass sich Netzbetreiber, Industrieunternehmen und IT-Dienstleister an einen Tisch setzen«, ihre individuellen Herausforderungen offenlegten und gemeinsam Lösungen suchten. Im Projekt haben Schleswig-Holstein Netz (SH-Netz) und Arge Netz das Konzept für die Flexibilitätsplattform Enko entwickelt. Sie ermöglicht, lokal erzeugte grüne Energie mit den Verbrauchern vor Ort zu synchronisieren. Auch flexible Erzeuger können darüber die Netze entlasten.

»Enko ist ein Webtool, das für die Koordinierung von Flexibilitätsangebot und -nachfrage zuständig ist. Flexibilität meint den flexiblen Leistungsbezug aus dem Netz, der zur Entlastung der Netzengpässe beiträgt«, so Daniela Kröpelin, Projektleiterin Enko bei SH-Netz. Das Tool greift nicht in die Anlagensteuerung ein, sondern der jeweilige Anbieter muss seinen Verbrauch selbst ändern.

Seit Sommer 2018 können Unternehmen in einer Live-Simulation testen, inwieweit ihre Flexibilität zur Behebung lokaler Netzengpässe beiträgt. »Die Erfahrungen unserer Kunden helfen uns, die Schnittstellen und Funktionalitäten des Enko-Portals weiterzuentwickeln und zu verbessern.« Im Winter soll das Tool live gehen.

Der Fokus liegt auf Industrie- und Gewerbebetrieben. »Zusätzlich arbeiten wir auch an Konzepten, um mittelfristig Privathaushalte zu berücksichtigen«, so Levke Ketelsen, Projektmanagerin Enko bei Arge Netz. Die Wind-und-Wärme-Modellregion Friedrich-Wilhelm-Lübke-Koog sei ein Projekt, mit dem man die Flexibilität von Haushalten im Power-to-Heat-Bereich darstelle.

Außerdem spielen in NEW 4.0 Akzeptanz für Energiewende und Aus- und Weiterbildung für Fachkräfte im Energiebereich eine Rolle. »Beiden Aspekten widmen wir uns mit eigenen Arbeitspaketen und umfassenden Studien«, so Beba. Es gibt etwa eine Roadshow.

Zudem ist die Öffentlichkeit in einzelnen Teilprojekten direkt involviert: »So profitieren die Mieter unseres Projektpartners Eisenbahnbauverein Harburg zum Beispiel durch die Kombination der Gebäudeheizung mit einem Eisspeicher.« Kunden der Stadtwerke Norderstedt können bei genug Grünstrom im Netz über spezielle Steckdosen bestimmte Haushaltsgeräte automatisch zuschalten.

»NEW 4.0 hat sich zum Ziel gesetzt, den Entwicklungspfad zu legen, um die Stromversorgung in Schleswig-Holstein und Hamburg bis zum Jahr 2035 zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien sicherstellen zu können«, so Beba abschließend. Das gleiche Ziel gilt für rund 50 Prozent des Wärme- und Mobilitätssektors. »Insgesamt könnten so etwa 70 bis 80 Prozent der derzeitigen CO2-Emissionen eingespart werden. Wir leisten mit NEW 4.0 also einen wirksamen Beitrag zur Dekarbonisierung und somit zum Klimaschutz.« mwi

Schaufenster intelligente Energie

Das Förderprogramm ›Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende‹ (Sinteg) des Bundeswirtschaftsministeriums startete im Dezember 2016. Über 200 Millionen Euro Förderung fließen insgesamt in die fünf Schaufenster C/sells, Designetz, Enera, NEW 4.0 und Windnode. Zusammen mit zusätzlichen privaten Investitionen werden so über 500 Millionen investiert, so das Ministerium. Ziel sei, in vier Jahren Musterlösungen für eine klimafreundliche, sichere und effiziente Energieversorgung bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien zu entwickeln. Im Zentrum steht die intelligente Vernetzung von Erzeugung und Verbrauch.

Erschienen in Ausgabe: Nr. 08/2018