Ziel des Förderprogramms »Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende« (SINTEG) waren Musterlösungen für eine klimafreundliche, sichere und effiziente Energieversorgung bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien. Im Zentrum standen dabei die intelligente Vernetzung von Erzeugung und Verbrauch durch Einsatz innovativer Netztechnologien und -betriebskonzepte.
Im Schaufensterprojekt »NEW 4.0: Norddeutsche EnergieWende« hat das Fraunhofer IEE seine Modelle von heutigen und zukünftigen Energieversorgungsstrukturen mit aktivierbaren Flexibilitäten sowie IT-Strukturen zur Aggregation verteilter, erneuerbarer Erzeugung, sogenannte virtuelle Kraftwerke, weiterentwickelt. »In der Integration der virtuellen Kraftwerke in Markt- und Netzbetriebsmechanismen und die Konzeption der dabei zugrundeliegenden Datenstrukturen und Datenaustauschkonzepte ist die konsequente Fortführung der Energiewende aus informationstechnischer Sicht«, erklärt Dr. Reinhard Mackensen, Bereichsleiter Energiewirtschaftliche Prozessintegration des Fraunhofer IEE. »Nach vier konstruktiven Jahren der Forschung und Entwicklung schauen wir nun stolz auf die Ergebnisse, die wir mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie erarbeiten konnten.«
Das Engagement der nordhessischen Fraunhofer-Forscher im Norden von Deutschland kam nicht von ungefähr: So bestehen seit vielen Jahren enge Kontakte und gemeinsame Aktivitäten mit zentralen Akteuren vor Ort, wie beispielsweise der ARGE-Netz GmbH und der Schleswig-Holstein Netz AG.
Im Arbeitspaket »Analyse, Entwicklung und Umsetzung der Netzampel« konnten Flexibilisierungsmöglichkeiten von Verbrauchern wie auch Erzeugungsanlagen genutzt werden, um Maßnahmen zur Beseitigung von Netzengpässen auf ein Minimum von Einsätzen, Netzausbau und Kosten unter den derzeit möglichen gesetzlichen Rahmenbedingungen zu optimieren. In diesem Kontext steht die sogenannte gelbe Ampelphase im Fokus des Arbeitspaketes. Der Untersuchungsschwerpunkt lag auf einem Netzgebiet der Schleswig-Holstein Netz AG sowie zwei generischen Netzmodellen. Hierbei wurde das Höchst- und Hochspannungsnetz aus frei verfügbaren öffentlichen Daten generisch teilautomatisiert modelliert und erstellt.
Bei der Weiterentwicklung von Aggregatoren bestand das Ziel in der Nutzbarmachung von Erneuerbaren-Energien-Analgen als auch Verbrauchern für Systemdienstleistungen. In diesem Kontext nahm das Erneuerbare-Energien-Kraftwerk (EEKW) mit Windparks an der Regelleistungsbereitstellung teil. Zusätzlich wurde das EEKW an einen lokalen Flexibilitätsmarkt (ENKO) angebunden und im operativen Betrieb mit flexiblen Verbrauchern (Power-2-Heat-Anlagen) betrieben. Das EEKW wurde im Rahmen von Vorgängerprojekten seitens des Fraunhofer IEE (damals IWES) in Kooperation mit der ARGE Netz entwickelt. Das EEKW ist inzwischen bei dem Direktvermarkter und Stromhändler ANE, einem Tochterunternehmen der ARGE Netz, im produktiven Einsatz und bündelt ca. 3,3 GW erneuerbare Leistung (Stand: 2020).
Die Aktivitäten »Informations- und Datenlogistik, Komponenten und Netzknotenprognosen für den Smart Market« sowie »Algorithmen und Standardisierung« haben sich mit der Entwicklung von Algorithmen zur Prognose und zum Energiemanagement mit Schwerpunkt EE befasst sowie einer Plattform, auf der mit Hilfe der Algorithmen in Echtzeit Daten von Aggregatoren verarbeitet und analysiert werden können. Diese Plattform wird in Form eines Prototyps zur Real-Time-Anomaliedetektion implementiert.
Im Rahmen des Arbeitspakets »Simulation Märkte und Systemdienstleistungen« wurden in Kooperation mit Partnern wie der HAW in Hamburg energiewirtschaftliche Use Cases, beispielsweise die Teilnahme am Flexibilitätsmarkt und deren Nutzen realitätsnah simuliert. Die am Fraunhofer IEE entwickelte und bereits in zahlreichen Projekten eingesetzte und weiterentwickelte Co-Simulationsplatform OpSim bildete unter Einbeziehung des Höchst- und Hochspannungsnetzmodells die Basis der Gesamtsimulation. Dabei wurden auch die heute bereits diskutierten Änderungen im Strommarkt analysiert, da sie große be- bzw. entlastende Auswirkungen auf die Netzsituation in Schleswig Holstein und Hamburg haben werden. Beispielsweise bei der Marktdurchdringung flexibler Kapazitäten auf Erzeugungs- und Lastseite und deren Verhalten im Strommarkt und somit im Stromnetz. Im Projekt NEW 4.0 wurden die Methoden zur flächendeckenden Simulation des zukünftigen Energiesystems entschieden erweitert und verbessert. Dies betrifft unter anderem die räumliche und zeitliche Auflösung, die Technologievielfalt, die Strommärkte und -preise und die Abbildung der Vortagsprozesse, etwa für die Erstellung der Fahrpläne und Netzengpassprognosen.
Die Region Hamburg/Schleswig-Holstein mit der hohen Durchdringung an erneuerbarer Erzeugung und der hohen Energienachfrage der Hansestadt stellt eine Blaupause für künftige, den Klimazielen dienende Energieversorgungsstrukturen dar. Die Kombination und die Suche nach optimalen Strategien und Regularien im Kontext von netztechnischen Fragestellungen, Flexibilisierung von Erzeugung und Verbrauch sowie den begleitenden Steuerungsoptionen und Datenströmen stellen die Kernfragen für die Weiterentwicklung des Energiesystems Norddeutschlands dar.
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