Gebäude-Energiemanagement als zentraler Akteur im Smart Grid

Siemens-Kempten-31Wie wird das Smart Grid eigentlich smart? Für den Ausgleich von flexiblen Stromangebot und flexibler Stromnachfrage gibt es unterschiedliche Ideen: Zunächst war es die Waschmaschine, die sich nach der Stromproduktion aus Sonne und Wind richten sollte. Inzwischen wird das Flexibilitätspotenzial der Stromnachfrage bei der Steuerung bei Elektroautos, Wärmepumpen und Stromspeichern gesehen. Ausprobiert haben das die Unternehmen Siemens und Allgäuer Überlandwerk. Im Modellprojekt pebbles arbeiten sie gemeinsam daran, ein Smart Grid in der Realität aufzubauen und einen Lokalen Marktplatz zu erproben. Über die Erfahrungen aus Wilpoldsried berichten Michael Lucke, Allgäuer Überlandwerk und Stefan Nießen, Siemens im Gespräch mit der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft. 

Der Name pebbels steht für „Peer-to-Peer Energiehandel auf der Basis von Blockchain“. Ziel ist die Implementierung eines lokalen Marktplatzes, bei dem Erzeuger, Verbraucher und  Prosumer ihren Strom verkaufen und die Flexibilität ihrer Geräte vermarkten können. Das sei in Deutschland bisher noch nicht in der Praxis getestet worden, auch wenn die Idee dazu schon fast „Common sense“ sei, betont Nießen.

Die Stromanbieter sind Betreiber von kleineren Photovoltaikanlagen, die Konsumenten sind normale Verbraucher und auch intelligente Verbraucher mit Gebäudemanagementsystem, das den Strombedarf ihrer Wärmepumpe, des elektrischen Autos und die Stromspeicherung automatisch regelt. Auf dem Markt handeln diese Teilnehmer primär untereinander, können aber am Handel auf übergeordneten Märkten teilnehmen. Wichtigstes Ziel war zu zeigen, dass dies technisch einwandfrei funktioniert.

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Echtzeit-Energiewirtschaft im Sekundentakt

In der Industrie werden Prozesse zunehmend digitalisiert und in Echtzeit abgewickelt. Auch für die Energiewirtschaft ist das ein zukunftsweisendes Konzept: Um fluktuierende Erzeugung aus Photovoltaik und Windanlagen mit einer flexiblen Nachfrage jederzeit im Gleichgewicht zu halten, sind komplexe Abstimmungsprozesse nötig. Im Interview mit der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft erläutert Björn Spiegel, Leiter Strategie & Politik, ARGE Netz, weshalb die bisherige Taktung der Branche in 15 Minuten-Intervallen zunehmend hinterfragt wird. 

In der Energiewirtschaft verschwimmt die klassische Aufteilung zwischen Kunden und Anbietern zunehmend, berichtet Spiegel. Energieversorger stehen nicht mehr nur mit den Verbrauchern in einer Lieferbeziehung, sondern arbeiten in einem Netzwerk mit IT-Dienstleistern, Infrastrukturbetreibern und Unternehmen zusammen. Die Digitalisierung verbindet erneuerbare Energien, Speicher, flexible konventionelle Kraftwerke, Energienetze, Industrie, Gewerbe, Haushalte und die Verkehrsinfrastruktur.

Zum Ausgleich der fluktuierenden Erzeugung muss die Nachfrage flexibler werden. Anstelle des bisherigen Lastfolgebetrieb soll in Zukunft ein Erzeugungsfolgebetrieb für Industrie, Gewerbe und Haushalte treten. Das bedeutet, die Verbraucher sollen sich zunehmend – natürlich nicht 1:1 – nach der Volatilität der Stromproduktion richten. 

ARGE Netz hat bereits Erfahrungen mit dem Echtzeit-Konzept gemacht. Das Unternehmen hat vor sechs Jahren ein erneuerbares Kraftwerk so aufgebaut, dass Windparks, Photovoltaik- und Biogasanlagen für die Datenerfassung und Regelungszwecke zusammengebunden wurden. Dadurch lassen sich große erneuerbare Strommengen in einem virtuellen Kraftwerk in Echtzeit miteinander verknüpfen. Echtzeit bedeutet, dass die Anlage vollautomatisch und in Intervallen von weniger als einer Sekunde gesteuert wird. Zwischen 15 Minuten und einer Sekunde liegen Welten, so Spiegel.

Die Herausforderung liegt insbesondere darin, die Datenprozesse von Industrie und Energiewirtschaft zu verbinden und gemeinsame Schnittstellen und Standards schaffen. Flexibilität bedeutet dabei nicht, dass ein Industriebetrieb seine Produktion im Sekundentakt hoch- oder runterfährt. Die Flexibilisierung bezieht sich vorwiegend auf Wärmeprozesse. 

Im einem Modellprojekt des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie wird das Konzept bereits erprobt. In New 4.0 geht es darum, erneuerbare Erzeugung in Schleswig-Holstein mit den Lasten in Hamburg zu verknüpfen. Hamburg hat etwa vier Prozent erneuerbare Energien im System, während Schleswig-Holstein weit über 100 Prozent erneuerbare Energien erzeugt. Das Projekt New 4.0 arbeitet bereits auf Echtzeitbasis, berichtet Spiegel. Das virtuelle Kraftwerk wird dort mit Sektorkopplungsanlagen und Speicherlösungen verbunden. 

Als zusätzliches Modellprojekt haben ARGE Netz und Schleswig-Holstein Netz die Plattform ENKO aufgesetzt, über die Industriebetriebe, Power-to-X, Power-to-Heat-Anlagen in die Bewirtschaftung von Netzengpässen mit eingebunden werden und so zu einer Reduzierung von Abschaltungen regenerativer Erzeugungsanlagen beitragen können. 

Das vollständige Interview ist in EW 12/2018 erschienen.

Bildquelle: ARGE Netz

www.arge-netz.de

Lokale Strommärkte – ein Missing Link ?

Dr. Stefan NießenTechnisch ist ein Stromsystem, in dem sich die Verbraucher an die Erzeugungssituation anpassen, inzwischen gut vorstellbar. Die Frage nach der Motivation der Teilnehmer ist hingegen noch offen. Warum sollte jemand auf Strom zeitweise verzichten, wenn er dafür keine Gegenleistung erhält? Tatsächlich gibt es in diesem Bereich für kleine Mengen noch keinen Markt mit Preisbildung. Das Unternehmen Siemens hat nun dieses Thema zum Bestandteil eines Forschungsprojektes gemacht. Nach ersten Einschätzung können lokale Strommärkte einige Vorteile bringen.

In der Online-Ausgabe www.ew-magazin.de ist dazu bereits eine Vorschau auf ein längeres Interview mit Dr. Stefan Nießen, Siemens, erschienen: https://www.ew-magazin.de/siemens-untersucht-vorteile-lokaler-strommaerkte/

Bildquelle: Siemens

 

 

Interview mit Klaus Schäfer: Elektrolyseprozesse als Senken für Stromüberschüsse

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Schon heute stellt sich an manchen Tagen die Frage, wie überschüssiger Sonnen- und Windstrom sinnvoll verwendet werden kann. Künftig wird sich dieses Problem verstärken. Die Industrie stellt sich auf die Situation ein und verändert Produktionsprozesse. Im Interview mit der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft erläutert Dr. Klaus Schäfer, Technischer Vorstand der Covestro AG in Leverkusen, wie eine Sektorkopplung aus Sicht der Industrie aussehen kann. 

Als Beispiel für eine stärkere Flexibilisierung des Produktionsbetriebs nennt Schäfer die Kochsalz-Elektrolyse zur Chlorherstellung. Chlor ist ein Energieträger für chemische Prozesse. Um Chlor herzustellen, werden zwei Elektroden an einen Behälter mit Salzwasser angeschlossen. In der Mitte befindet sich eine Membran. Strom sorgt nun dafür, dass sich das Salzwasser in Chlor, Wasserstoff und Natronlauge aufspaltet. Kurzzeitig lässt sich der Prozess flexibel zurückfahren oder intensivieren. Bereits heute ist Covestro über den Energiedienstleister Currenta am Regelenergiemarkt tätig und bietet Minutenreserve. Während dieser Zeit wird auf Chlor aus der Lagerhaltung zurückgegriffen. Das Anlegen eines großen Chlorvorrat sei allerdings aus Sicherheitsgründen keine Option, betont Schäfer.

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Modellprojekt WindNODE: Flexibel mit Windstrom umgehen

 

windkraft_vetschau__3_Der Anteil von Sonnen- und Windstrom steigt in Deutschland stetig. Im Vergleich zu den langfristigen Zielen für 2050 sind die derzeitigen gut 30 Prozent aus erneuerbaren Energien allerdings eher klein. Über die Integration größerer Anteile fluktuierender Erzeugung gibt jedoch erst wenig Erfahrungen. Das vom Forschungsprojekt WindNODE will diese Lücke in den nächsten 4 Jahren schließen. Weiterlesen

Demand Side Management der Industrie wird überschätzt

IMG_0212Eine flexible Nachfrage gilt als Schlüsselfaktor im künftigen Stromsystem. Durch kurzzeitige Reduzierung oder Abschaltung von Großverbrauchern soll fehlende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ausgeglichen werden. Schon heute kontrahieren Netzbetreiber in der Industrie abschaltbare Lasten. Ob sich diese Praxis aber ausweiten wird, ist fraglich, denn viele Produktionsprozesse brauchen kontinuierlich Energie. Im Interview mit der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft, Ausgabe 5/2015 erläutert Dr. Frank Holtrup, Covestro, welche Bedeutung ein gleichbleibender Energieverbrauch für die Industrie hat .

Vor dem Hintergrund einer Weiterentwicklung des Strommarktes geht die Bundesregierung geht von einem Potenzial von 5 bis 15 GW Demand Side Management (DSM) in der Industrie aus. Der Begriff werde allerdings sehr unterschiedlich verwendet.  Auf Seiten der Verbraucher sollte zwischen Verschiebung und Verzicht unterschieden werden: Bei der Lastverschiebung werde für eine oder mehrere Stunden weniger Strom verbraucht als ursprünglich geplant, dieser Bedarf werde aber zu einem späteren Zeitpunkt nachgeholt. Der Produktionsprozess wird also nur zeitlich verschoben, ohne dass sich der Output ändert. Beim Lastverzicht hingegen werde die Last ganz oder teilweise ohne Nachholmöglichkeit reduziert. Da im letzteren Fall weniger Energie eingesetzt werde, werde auch weniger produziert.

Flexible Fahrweisen auf der Nachfrageseite bieten auf den ersten Blick mehrere Vorteile für ein Energiesystem auf Basis fluktuierender Erzeugung, erläutert Holtrup. Die Verbraucheranlagen sind in den meisten Fällen bereits vorhanden und müssen nicht neu gebaut werden. Sie dienen zwar vorrangig dazu, Güter zu produzieren, aber als große Energieverbraucher haben sie einen entscheidenden Einfluss auf die Last im Netz. Eine gezielte Steuerung des Stromverbrauchs kann sich stabilisierend auf den Netzbetrieb auswirken. So eine Systemdienstleistung lasse sich auch als Regelenergie vermarkten. Daraus ergebe sich eine zusätzliche Einnahmequelle für den Industriebetrieb.

Die Bereitstellung von Flexibilität auch bei vorhandenen Anlagen sei nicht ohne Zusatzkosten möglich. Es müssen organisatorische Maßnahmen zur Vermeidung von Lastspitzen oder auch Investitionsmaßnahmen für Schichtbetrieb, Produktspeicher und Lagerhaltung getroffen werden. Das Unternehmen muss sich komplett auf diese zusätzliche Leistung einstellen.

Sinnvoll sei so eine Nachfragesteuerung vor allem in der energieintensiven Industrie, weil sich hier mit wenigen Anlagen große Lasten steuern lassen. Neben der Chlorherstellung gehört beispielsweise die Produktion von Aluminium, Kupfer, Stahl, Papier und Zement zu den Industrien, die für DSM grundsätzlich in Frage kommen. Unter den gegenwärtigen Rahmenbedingungen ist der Teilnehmerkreis aber wesentlich geringer: Die Verordnung über Vereinbarungen zu abschaltbaren Lasten (AbLaV) orientiert sich an den Betriebsparametern einiger Industriezweige, die relativ häufig und für kurze Zeiten die Energiezufuhr drosseln können. Das ist nicht in allen Branchen und Prozessen gleichermaßen möglich. In der Chemieindustrie sei das eher schwierig.

Viele Produktionsanlagen in der Industrie wurden im Laufe der Jahrzehnte so optimiert, dass sie möglichst gut unter konstanten Bedingungen produzieren. Alle Unternehmen versuchen, diese „Strichfahrweise“ möglichst einzuhalten. Diese Gleichmäßigkeit widerspricht einer hohen Volatilität, wie sie die Stromerzeugung aus Sonne und Wind mitbringt.

Das vollständige Interview ist ew 5/2016 erschienen.