Angewandte Forschung für ein digitalisiertes Energiesystem

14.04.2021 – Im Rahmen von zwei Forschungsprojekten werden zum einen der Einsatz von sich selbst organisierenden Batteriespeichern bei mehreren Unternehmen untersucht, zum anderen das Verhalten und die Auswirkungen des Betriebs vieler Wärmepumpen innerhalb eines Ortsnetzes analysiert.

Projekt ENERA

Im Forschungsprojekt ENERA, das im Rahmen des SINTEG-Programms („Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“) vom BMWi gefördert wurde, konzentrierten sich die 31 Konsortialpartner insbesondere auf die Themen Flexibilisierung, Digitalisierung sowie eine intelligente und automatisierte Netzführung.

In einem vom IT-Institut OFFIS koordinierten Teilprojekt ging es um die Selbstorganisation von Energiespeichern und deren Stromeinspeisung ins Netz. Von der Bäckerei bis zum Industriebetrieb wurden Unternehmen mit unterschiedlichsten betrieblichen Gegebenheiten mit Batteriespeichern ausgestattet, um in einem Feldtest so genannte Software-Agenten zu erproben. „Solche Software-Agenten können eigenständig Entscheidungen treffen und sie lassen sich auch sehr gut steuern“, erklärt Dr. Martin Tröschel, OFFIS-Co-Gruppenleiter für „Distributed Artificial Intelligence“, einem Teilbereich der Künstlichen Intelligenz.

Keine zentrale Steuerungsinstanz für Speicher

Ausgestattet mit den vom OFFIS-Team in die Software eingezogenen Leitplanken durften die Agenten entscheiden, wann die Batteriespeicher die geladene Energie abgeben. Ein maßgebliches Kriterium war das „Peak Shaving“, das Glätten von Lastspitzen zu Zeiten hoher Stromnachfrage. Zu diesen Zeiten ist das Einspeisen aus dem Speicher wegen der hohen Börsenpreise für Elektrizität besonders attraktiv. „Das System hat sich im Feldtest erfolgreich vollständig selbst organisiert. Es gibt keine zentrale Instanz, die jedem Speicher einen Fahrplan zuweist, wie das in virtuellen Kraftwerken der Fall ist“, erläutert Tröschel den Unterschied gegenüber heute gängigen Systemen, die zentral gesteuert werden und auf Peak Shaving getrimmt sind.

Eine wesentliche Aufgabe der angewandten Forschung wird laut OFFIS darin liegen, Strommanagern die Skepsis gegenüber Software-Agenten zu nehmen.

ISFH Solarsiedlung Web
Solarsiedlung mit 70 Niedrigenergie-Häusern am Südhang des Ohrbergs bei Hameln, eines der vom ISFH untersuchten Quartiere. Bildquelle: Institut für Solarenergieforschung GmbH

Forschungsprojekt „Wind-Solar-Wärmepumpenquartier“

Im ebenfalls abgeschlossenen Forschungsprojekt „Wind-Solar-Wärmepumpenquartier“ hat das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) untersucht, wie sich in verschiedenen Szenarien unter Nutzung von thermischen und elektrischen Speichern in Verbindung mit Wärmepumpen der Anteil erneuerbarer Energien in Wohnquartieren erhöhen lässt. Zwei bestehende Wohnquartiere, eines in Niedersachsen, eines in Bayern, wurden dazu komplett in Sachen Strom- und Wärmebedarf und -erzeugung vermessen, ebenso wie die Erträge der Solarstromanlagen in den Siedlungen und die Erträge von Windenergieanlagen aus der Region.

Nach Angaben des Instituts zeigt sich: Mehr als 60 Prozent des Stromes können den Simulationen nach direkt durch Wind- und Photovoltaikstrom gedeckt werden. Durch Batteriespeicher und eine intelligente Steuerung der Wärmepumpen können weitere 20 Prozent des Strombedarfs lokal mit Wind und Sonne gedeckt werden. Wird der Wärmepumpenbetrieb im gesamten Quartier untereinander koordiniert, erhöhe sich die erneuerbare Versorgung gegenüber einem unkoordinierten Betrieb um weitere vier Prozentpunkte.

Wärmepumpen-Bedarf stimmt gut mit Windkraft überein

Zu bedenken seien für die Ergebnisse allerdings die Bedingungen bei Windparks, deren Strom je nach Gegebenheiten direkt ins Mittelspannungsnetz eingespeist und damit nicht per se für den regionalen Bedarf genutzt wird. „Für die regionale Nutzung der Windenergie spricht, dass ihre Erzeugung im Jahresverlauf meist gut mit dem Bedarf von Wärmepumpen in Gebäuden übereinstimmt“, so Dr. Tobias Ohrdes, Leiter der ISFH-Arbeitsgruppe Elektrische Energiesysteme.

Aus den Untersuchungen will das Institut Empfehlungen für Planende ableiten, wie man für Wohnquartiere das Stromangebot aus Windkraft und Solaranlagen am besten mit dem Bedarf von Wärmepumpen miteinander verbindet In Kooperation mit der Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen sollen fünf weitere Wärmepumpen-Quartiere umgesetzt und damit die Forschungsergebnisse in der Praxis weiter erprobt werden. (ds)

www.projekt-enera.de
www.isfh.de

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