Nachhaltige Stromversorgung auf dem Land

07.07.2021 – Das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF hat gemeinsam mit Partnern das Projekt RIGRID gestartet. Ziel ist die nachhaltige, kostengünstige und zuverlässige Stromversorgung in ländlichen Regionen.

Rund 90 Prozent der Fläche in Deutschland ist laut Bundesregierung ländlich geprägt. Zumal etwa 44 Millionen Menschen– und damit mehr als die Hälfte aller deutschen Bürger – auf dem Land leben. Dies gilt für ganz Europa: Die Mehrheit der Bevölkerung lebt nicht in urbanen Zentren. Neben vielen positiven Faktoren wie Ruhe, Natur und bezahlbare Mieten bringt das Landleben jedoch auch Schattenseiten mit sich, zum Beispiel die mangelhafte Energieversorgung, deren Ausbau in den vergangenen Jahrzehnten nicht nur in Deutschland vernachlässigt wurde: Mitunter werden ländliche Regionen in Europa nur über eine einzige Leitung mit Strom versorgt, Netze sind veraltet und der immer weiter steigende Stromverbrauch verschlimmert die Situation zusehends. In der Folge kann es immer wieder zu Versorgungsengpässen kommen.

Fraunhofer IFF Smart Grid Web
Das Fraunhofer IFF hat eine virtuelle Planungsunterstützung für die Gestaltung von Microgrids in ländlichen Gebieten entwickelt, um nachhaltige Energienutzung auch in ländlichen Regionen voranzutreiben. Foto: Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung

Um eine sichere, zuverlässige, kostengünstige und zugleich ökologische Stromversorgung von ländlichen Gebieten zu ermöglichen, hat das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) das Projekt „Rural Intelligent Grid (RIGRID)“ gestartet. Ziel von RIGRID ist es, den Ausbau dezentraler, intelligenter Versorgungsnetze – sogenannte Smart Grids –, die die Integration kleiner Energieerzeuger in das Versorgungsnetz und somit eine größere Unabhängigkeit von zentralen Energieversorgungsunternehmen ermögliche, weiter voranzutreiben. Daher entwickelten die Projektpartner in RIGRID ein regionales, intelligentes Energieversorgungsnetz sowie -managementsystem und erprobten dieses in der polnischen Stadt Punsk sowie in der Kommune Dardesheim im Harz in Sachsen-Anhalt. Mit dem neuen Werkzeug lassen sich neue Energieinfrastrukturen und -versorgungssysteme im ländlichen Raum planen, etablieren und betrieben. Neben dem Fraunhofer IFF waren der Harz-Regenerativ-Druiberg e.V und die RegenerativKraftwerke Harz RKWH GmbH als Partner an RIGRID beteiligt.

Demonstrationsnetz simuliert Funktionsweise

„Smart Grids helfen unter anderem, die schwankende Lieferung von Strom aus regenerativen Quellen zu koordinieren“, betont Prof. Przemyslaw Komarnicki, Wissenschaftler am Fraunhofer IFF und Leiter der Abteilung Elektrisch Energiesysteme und Infrastrukturen ESI. Gemeinsam mit seinem Team hat er als Projektkoordinator das virutell-interaktive Energie-Infrastruktur-Design-Tool entwickelt. Für das Pilot-Microgrid in Punsk haben die Forschenden vor Ort ein kleines Demonstrationsnetz aufgebaut, das die örtliche Kläranlage, eine Photovoltaikanlage sowie ein Batteriespeichersystem umfasst. Auf diese Weise konnten sie in Echtzeit testen, wie ihr System funktioniert und ob bzw. wie es von der Bevölkerung angenommen wird.

Das Planungstool übernimmt dafür die 3D-Raumdaten der betroffenen Gebiete samt Gebäuden und überträgt sie in ein virtuelles Szenario. Mit ihm sollen die Betreiber und Bewohner vor Ort interaktiv und individuell ihr Energieversorgungssystem und die dafür notwendige Infrastruktur planen. „Konkret könnten die Nutzer die Kosten, den CO2-Fußabdruck und die Abhängigkeit vom öffentlichen Versorgungsnetz berechnen und sich anzeigen lassen, wenn beispielsweise auf jedem Dach der Stadt Punsk eine PV-Anlage installiert werden würde. Natürlich sind auch beliebige andere Modellberechnungen denkbar“, erläutert Komarnicki ein mögliches Anwendungsszenario. „Wie würden sich zusätzliche Windkraftanlagen auf die Versorgungslage auswirken? Welche Konsequenzen hätte der Ausbau von Elektromobilität für den öffentlichen Nahverkehr? All diese Aspekte lassen sich in die Analyse einbeziehen“, führt der Ingenieur aus. Dabei berücksichtigt die Software nicht nur technische und ökonomische, sondern auch sozioökonomische Faktoren sowie Umwelt- und Stadtplanungsaspekte.

Drei Module

Das interaktive Planungstool umfasst dafür drei Module: Mit dem virtuellen 3D-Visualisierungsmodul können neue Investitionen hinsichtlich der Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen überprüft werden. Mit dem Wirtschaftsmodul lässt sich die Rentabilität der Investitionen unter der Berücksichtigung der potenziellen Technologien, der lokalen Umweltfaktoren sowie der Verbrauchs- und Geodaten bewerten. Das technische Modul komplettiert die Software. Hiermit können Konzepte für Niederspannungs- und Mittelspannungs-Microgrids und deren Komponenten erstellt werden.

Das Planungssystem überlässt den Gemeinden zudem die Entscheidung, worauf sie bei ihrer Energieversorgung Wert legen und wie autark sie von externer Stromversorgung leben wollen. Je nachdem, ob ihnen möglichst viel eigener Solarstrom oder ein alternativer Energiemix mit externen Lieferanten wichtig ist, schlägt das System die optimale Strategie vor, um eine stabile Energieversorgung zu gewährleisten. „Auf diese Weise versetzt das Tool auch kleine Gemeinden in die Lage, einen Beitrag zur Energiewende zu leisten. In Modellregionen in Sachsen-Anhalt ist bereits viel in dieser Hinsicht passiert. Hier wird regenerative Energie bereits intensiv genutzt“, so Komarnicki, der einschränkt: „Aber andere Regionen nähern sich dem Aspekt nachhaltige Energieversorgung nur langsam an. Unsere interaktive Planungsplattform unterstützt sie bei der Selbstversorgung mit grünem Strom.“ (jr)

www.iff.fraunhofer.de

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