Automatisch netzdienlich

17.12.2020 – Im Forschungsprojekt FlexChain entwickeln die Partner unter der Koordination des August-Wilhelm-Scheer-Instituts (AWSi) ein auf Blockchain basiertes smartes Handelssystem, das (Kleinst-)Flexibilitäten in Prosumerhaushalten erschließen soll.

Die zunehmende Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen aber auch die steigende Zahl neuartiger Verbrauchsgeräte bringen die Verteilnetze vielerorts an ihre Grenzen. Am AWSi in Saarbrücken will man im Rahmen des BMWi-geförderten FlexChain-Projekts (FK 03EI6036A) der Frage nachgehen, inwiefern eine intelligente Koordination dieser Flexibilitäten zwischen den im Niederspannungsnetz beteiligten Akteuren zu einer automatischen Stabilisierung im örtlichen Verteilnetz und somit zu einem netzdienlichen Verhalten auf lokaler Ebene führt. „Im intelligenten Zusammenspiel zwischen Verteilnetz und Smart Home ergibt sich eine Vielzahl an Flexibilitätspotentialen, die für den netzdienlichen Einsatz im Orts- oder Stadtnetz eingesetzt werden können“, ist Projektleiter Sassan Torabi-Goudarzi überzeugt. Die technischen Voraussetzungen dafür seien heute bereits grundsätzlich gegeben.

(Kleinst-)Flexibilitäten im Detail

„Flexibilitätspotentiale werden innerhalb eines intelligenten Gebäudes durch Home Energy Management Systeme (HEMS) erfasst und gesteuert“, führt seine Kollegin Shari Alt aus. „Der Steuerungseinheit stehen dabei nicht nur der Bezug aus oder die Einspeisung von Energie in das Netz als Handlungsoptionen zur Verfügung, sondern auch die Möglichkeit des Speicherns eben jener Energie.“ Photovoltaik-, Power-to-Heat-Anlagen, Hauskraftwerke sowie Wallboxen agieren damit als Potentialquellen von Flexibilitäten. Erweitert man diese isolierte Betrachtung auf alle intelligenten Gebäude innerhalb eines Verteilnetzes entstehen zusätzliche Flexibilitätspotentiale.

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Bild: Andrey Suslov / Shutterstock

Doch was bedeutet dies konkret in der Praxis? „Einfache (Kleinst-)Flexibilitäten entstehen durch eine intelligente Entscheidungsfindung bezüglich der Speicherung, Einspeisung und des Verbrauchs von Strom. Ein Beispiel für eine solche Entscheidung ist die Frage, inwiefern es zu einem dedizierten Zeitpunkt sinnvoll ist, Strom aus dem Verteilnetz zu entnehmen, um diesen im eigenen Heimspeicher oder Elektroautoakkumulator zu speichern, obwohl kein unmittelbarer eigener Bedarf vorhanden ist“, erläutert der Projektleiter. In Engpasssituationen könnte somit durch ein HEMS entschieden werden, ob der in einem Heimspeicher gespeicherte Strom in das Netz eingespeist wird, Speicherkapazitäten des Elektroautomobils zur Speicherung von überschüssigem Strom aus dem Verteilnetz zur Verfügung gestellt werden oder ob es nicht netzdienlicher ist den mittels Photovoltaikanlage erzeugten Strom selbst zu verbrauchen.

Die Nutzung von solchen Flexibilitätspotentialen erfordert die Erfassung der aktuellen Energieverbrauchswerte, -erzeugungswerte, freien Speicherkapazitäten sowie geräte-/anlagenbezogene Flexibilitätspotentiale auf Ebene aller im lokalen Niederspannungsnetz beteiligten intelligenten Gebäude. „Die Erfassung der benötigten Echtdaten mittels intelligenter Messsysteme (iMSys) und deren Kommunikation an den Netzbetreiber via Smart Meter-Gateway (SMGW) sind durch das Messstellenbetriebsgesetz geregelt“, sagt Sassan Torabi-Goudarzi. Diese Daten können anschließend zur Erstellung eines dynamischen Fahrplans verwendet werden. „Sobald sowohl die letzten technischen als auch gesetzlichen Hürden beseitigt sind, stünde der Nutzbarmachung der durch Prosumer generierten (Kleinst-)Flexibilitäten zum netzdienlichen Einsatz im Niederspannungsnetz grundsätzlich nichts mehr im Weg“, führt er aus.

Derzeit fehlen jedoch noch die wirtschaftlichen Anreize für einen Prosumer, seine Flexibilitäten zum netzdienlichen Einsatz zur Verfügung zu stellen. Erreicht werden soll dies durch den intelligenten, automatisierten Handel von Prosumer-Flexibilitäten innerhalb lokaler Netzebenen.

Illustration AWSi gGmbH
Grafik: AWSi gGmbH

Blockchain-Handelssystem

„Die Größe der effektiv handelbaren Flexibilitäten ist unter anderem von den anfallenden Transaktionskosten abhängig. Übersteigen diese den ökonomischen Wert der gehandelten Flexibilitäten, ist eine Wirtschaftlichkeit des Handels nicht mehr gegeben. (Kleinst-)Flexibilitäten von Prosumern stellen daher eine besondere Herausforderung für einen effizienten Handel dar“, erläutert Shari Alt. Distributed Ledger Technologien, wie die Blockchain, versprechen niedrige Verwaltungskosten bei zugleich hoher Ausführungsgeschwindigkeit – beides grundlegende Faktoren für den Handel von Flexibilitäten. Weitere Anreize für das Nutzen dieser Technologien seien durch eine hohe Transparenz, Sicherheit und Rückverfolgbarkeit der verketteten Datenblöcke gegeben. Einige auf Blockchain basierten verteilten Systeme unterstützen ferner die Implementierung von digitalen Abbildern herkömmlicher Verträge, sogenannte Smart Contracts. Diese selbstausführenden Verträge sorgen für die Nachvollziehbarkeit, Transparenz und auch Irreversibilität der mit ihnen durchgeführten Transaktionen. Torabi-Goudarzi: „Ein mittels ­Ethereum realisiertes, intelligentes, automatisches Handelssystem erfüllt somit prinzipiell die wirtschaftlichen Herausforderungen, die sich aus dem Handel von Prosumer (Kleinst-)Flexibilitäten ergeben.“

FlexChain

Um Angebot und Nachfrage für einen Handelsprozess zu bestimmen, ist neben der Ermittlung der verfügbaren (Kleinst-)Flexibilitäten beim Prosumer auch die Netzberechnung samt Erfassung der Flexibilitäts-Bedarfe notwendig. Damit der Handel dann automatisiert durchgeführt werden kann, bedarf es eines Matching-Algorithmus, der die Nachfrage an Flexibilitäten mit den verfügbaren Prosumer-Flexibilitäten in Einklang bringt. Technische Grundlage bilden dabei Smart Contracts – digitale, selbstausführende Vertragswerke auf Blockchain-Basis. Die physische Umsetzung des Flexibilität-Handels erfordert schließlich eine entsprechende Anlagensteuerung der Hauselektronik durch das HEMS.

Während der Laufzeit des Projekts bis 2023 sollen die dafür erforderlichen Prozesse entwickelt und evaluiert werden. (pq)

August-Wilhelm Scheer Institut für digitale Produkte und Prozesse gGmbH
Sassan Torabi-Goudarzi
sassan.torabi-goudarzi@aws-institut.de

Shari Alt
shari.alt@aws-institut.de
www.aws-institut.de

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