Systemintegration

Rund ein Drittel des deutschen Strommixes stammt bereits aus erneuerbaren Quellen – ein bemerkenswerter Erfolg der letzten Jahre. In der "zweite Phase" der Energiewende steht nun die kluge Systemintegration des grünen Stroms im Fokus: Wie gelingt es trotz schwankender erneuerbarer Erzeugung, jederzeit die Balance zwischen Energieangebot und -nachfrage herzustellen? WindNODE zeigt Lösungen auf drei Systemebenen: Erstens mit Komponenten für eine effiziente Stromnetzinfrastruktur, zweitens durch informations- und kommunikationstechnische Vernetzung, und drittens mit Ansätzen für einen "Energiemarkt 2.0", in dem neue Spielregeln, Marktrollen und Geschäftsmodelle wachsen.

Spielregeln, Marktrollen und Geschäftsmodelle entwickeln

Das Profil der Akteure sowie ihre Rollen und Aufgaben werden im Energiemarkt 2.0 bzw. in einem zunehmend flexibilisierten Energiesystem angepasst, und geschärft werden müssen. Die neuen Spielregeln für Markt und Regulierung gilt es zu konkretisieren. Das Zusammenspiel von teilweise veränderten Marktrollen und Verantwortlichkeiten muss geklärt und die Schnittstellen zwischen diesen Rollen müssen diskriminierungsfrei definiert und ausgestaltet werden. Gleichzeitig gilt es, den von großen Veränderungen direkt betroffenen Strommarkt-Akteuren wie beispielsweise Stadtwerken Ansatzpunkte und Orientierung für die Entwicklung möglicher neuer Geschäftsmodelle zu bieten.

  • Reallabor für die Schärfung von Rollen und Aufgaben im Energiemarkt: Die Lösungsansätze für ein entsprechendes zukunftstaugliches Level Playing Field entstehen im wechselseitigen Austausch der Projektpartner sowie durch das versuchsweise Ausprobieren des praktischen Zusammenspiels auf Basis der jeweiligen Projekterfahrungen. Alle Rollen des neuen Energiemarkts 2.0 sind durch Projektpartner innerhalb des WindNODE-Projekts vertreten. Damit stellt WindNODE eine geradezu ideale Experimentierfläche für die Präzisierung der Rollenverständnisse sowie der bilateralen und multilateralen Schnittstellen dar.
  • Reallabor für neue Geschäftsmodelle: Mit Community-Veranstaltungen (z. B. "Hack Days", der "WindNODE Challenge") schafft WindNODE Experimentierflächen für die Forschung und Entwicklung an möglichen neuen, speziell datengetriebenen Geschäftsmodellen im Energiemarkt 2.0. Daneben bietet der offene Austausch im "Wertschöpfungsnetzwerk" von WindNODE (z.B. im Rahmen der ökonomischen Evaluierung konkreter Anwendungsfälle einzelner Technologien) Hilfestellung bei der Entwicklung und Bewertung von Geschäftsmodellen.
  • Rechts- und Regulierungsrahmen: Im Zusammenspiel mit weiteren WindNODE-Arbeitspakten (z.B. der Flexibilitätsplattform) werden im Arbeitsfeld "Marktdesign und Regulierung" (unter „Neues Marktdesign und Ausgestaltung der "gelben Ampel-Phase") konkrete Anwendungsfälle zur Vermarktung von Flexibilitäten unter Bezug auf den bestehenden rechtlichen und regulatorischen Rahmen eingeordnet und ökonomisch bewertet. Ausgehend davon werden Anpassungsbedarfe am rechtlichen und regulatorischen Rahmen identifiziert, deren Umsetzung zukünftig eine verstärkte Einbindung von Flexibilitäten wirtschaftlich ermöglicht.

Konzepte für eine intelligente und effiziente Netzinfrastruktur testen

Mit zunehmender Stromerzeugung aus dezentralen Anlagen verändern sich die Betriebsbedingungen der Verteil- und Übertragungsnetze. Steuerbare Lasten werden als Flexibilitäten erschlossen, die Sektorkopplung (z. B. neue Verbraucher im Wärme- und Verkehrssektor) gewinnt an Bedeutung und die Partizipation verschiedener Kundentypen soll ermöglicht werden. Diese Veränderungen steigern die Komplexität in den Stromnetzen signifikant und führen zu neuen Anforderungen an Infrastruktur und Prozesse. Eine sichere, effiziente, IKT-gestützte Netzinfrastruktur und deren Schnittstellen z. B. zwischen den Verteil- und Übertragungsnetzbetreibern sowie zu den Kunden und Marktakteuren müssen zukunftsorientiert weiterentwickelt werden.

Wir implementieren und erproben Technologien für einen intelligenten Netzbetrieb, eine starke und diskriminierungsfreie Partizipation der Kunden und eine effiziente Gesamtsystemintegration:

  • Intelligente Messsysteme (iMSys) für eine stärkere Partizipation der Kunden: Wir erproben eine neue Zählergeneration (iMSys) und kombinieren sie mit intelligenten und sicheren Steuermöglichkeiten. Der Aufbau einer sicheren Kommunikationsinfrastruktur und die Erprobung der Funktionalitäten der bidirektionalen Datenübertragung bilden dafür eine wesentliche Grundlage. Für die Integration flexibler Lasten und eine effiziente Steuerung (dezentraler) Einspeiser ist neben der digitalen Messung eine Steuerung der Anlagen notwendig. Wir ermöglichen und testen in WindNODE eine sichere und mit Messsystemen kompatible Steuerung und erproben Anreize für ein flexibles Lastverhalten. Ziel ist die diskriminierungsfreie Nutzung von Flexibilitäten bei gleichzeitiger Gewährleistung der Versorgungssicherheit vor Ort und im Gesamtsystem.
  • Aufbau einer zukunftsfähigen Smart-Grid-Infrastruktur: Wir steigern durch den IKT-Einsatz die Effizienz und verbessern die Datengrundlage für den Energiemarkt, die Netze und das Energiesystem. Zum Beispiel erhöhen wir mit einer weiterentwickelten Online-Betriebsmessung in der Niederspannung die Effizienz von Betriebskonzepten, Netzplanung und Netzführung. Gleichzeitig stellen wir hier einen weiteren Baustein für den Energiemarkt und für eine volkswirtschaftlich optimale Anpassung der Netzinfrastruktur insgesamt bereit. Den neuen Ansprüchen an Vernetzung und Koordination begegnen wir durch Einbeziehung einer zunehmenden Anzahl an dezentralen Anlagen zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Dazu gehören die Erprobung zukünftiger Bereitstellung von Blindleistung durch EE-Anlagen und die verbesserte Einbeziehung von Betreibern virtueller Kraftwerke oder Aggregatoren in die Regelleistungsprozesse und in die Engpassbewirtschaftung. Wir erforschen auch Stabilitätsgrenzen für verschiedene Betriebs- und Ausbauszenarien der Erneuerbaren Energien in der WindNODE-Region.

Nutzen von Daten im intelligenten Energiesystem klären

Die Digitalisierung des Energiesystems führt zu massiv steigendem Datenaufkommen – und zu weitreichenden Fragen: Wie wird Datensicherheit gewährleistet und wie schützen wir das System vor Angriffen und Ausfällen? Welche Standards benötigen wir? Welche neuen Akteure, Rollen und Services entstehen rund um die IKT? Und nicht zuletzt: Welchen Nutzen ziehen wir aus den Daten?

  • Standardisierung und Klassifizierung von Daten: Wir werden zunächst eine Klassifikation anfallender und relevanter Daten (z. B. Daten mit/ohne BSI-Schutzprofil, erforderliche Daten anderer Sektoren etc.) erstellen und die erforderlichen Schnittstellen, Protokolle und Standards schaffen.
  • Datensicherheit und Resilienz: Als Teil unserer IKT-Vernetzungsplattform werden Sicherheits- und Zugangskonzepte erarbeitet, um die Daten sicher und effizient nutzen zu können. Dabei stellen wir uns auch den Fragen nach Verwundbarkeit und Resilienz eines zunehmend digitalisierten Energiesystems.
  • Bereitstellung von Konzepten, Plattformen und Werkzeugen zur Datennutzung: Welche Anforderungen muss eine Vernetzungsplattform im intelligenten Energiesystem erfüllen – und welche zentralen oder dezentralen Elemente braucht es im Umgang mit Energiedaten? Wir führen die konzeptionelle Diskussion ebenso wie wir beispielsweise mit unseren Basisdiensten der IKT-Vernetzungsplattform, der Flexibilitätsplattform, dem Anonymisierungsdienst, dem Open-Data-Portal sowie den verschiedenen entscheidergerechten Datenaufbereitungen konkrete Plattformen und Werkzeuge bereitstellen.
  • Nutzen von Daten und Entwicklung neuer Geschäftsmodelle: Wir beschäftigen uns mit der sektorübergreifenden Nutzung von Daten und suchen nach neuen, datengetriebenen Geschäftsmodellen. Die Open-Data-Plattform stellt hierzu anonymisierte und aggregierte Daten transparent zur Verfügung. Community-Veranstaltungen (z. B. "Hack-days") und die "WindNODE Challenge" binden gezielt Kreative und Start-ups ein. Die Aufbereitung und Visualisierung großer, komplexer Datenmengen unterstützt Entscheidungsträger und informiert die interessierte Öffentlichkeit.

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