VITAL: Verteilte Infrastrukturen für Technologie-Gestützte Innovationen im Verteilnetz

Moderne Energiesysteme müssen eine Vielzahl an Komponenten vereinbaren, um die Nutzung erneuerbarer Energien effizient einzubinden. Denn nicht nur Netzbetreiber speisen Strom ein, auch Unternehmen sowie private Erzeuger*innen steuern z. B. Energie aus eigenen Photovoltaik- oder Windkraftanlagen bei. Aus Wind oder Solar gewonnene Energie ist stark wetterabhängig und unterliegt folglich natürlichen Schwankungen. Auch die Energienutzung hat sich durch Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen verändert, sodass es zu Lastspitzen kommen kann– also Zeiten, in denen das Netz besonders stark belastet wird. 

Eine Möglichkeit, die Schwankungen auszugleichen, sind Flexibilitäten. Damit ist gemeint, dass der Verbrauch, die Einspeisung und die Speicherung von Energie zeitlich angepasst werden. Dazu gehören z. B. Haushalte, die eine Wärmepumpe oder ein E-Auto zeitlich gesteuert laden, oder Betriebe, die ihre Maschinenproduktion verschieben können, um Lastspitzen zu vermeiden. Flexibilitäten können auch Speicher sein (Batterien, Wärmespeicher), die Strom aufnehmen und bei Bedarf wieder abgeben.

Um die Netzauslastung zu optimieren und Anreize zur Nutzung der Flexibilitäten zu machen, hat die Bundesnetzagentur 2024 den Paragraf 14a des Energiewirtschaftsgesetzes überarbeitet. Dadurch können Netzbetreiber die Energieeinspeisung und –nutzung durch Kund*innen vorübergehend herunterregeln oder verschieben, um das Netz zu entlasten. Voraussetzung dafür ist, dass die Kund*innen steuerbare Geräte und Smart Meters – digitale Stromzähler zur automatischen Erfassung und Übertragung von Verbrauchsdaten – nutzen. Im Gegenzug erhalten sie einen Nachlass beim Netzentgelt.

Netzbetreiber benötigen nun verlässliche Technologien, um die Flexibilitäten der Kund*innen effizient und gesetzeskonform zu steuern. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, diese Technologien zu entwickeln, sondern sie vor ihrem Einsatz zu testen. Dies ist im realen Energienetz nicht möglich, da Tests die Stabilität des Netzes gefährden können. Daher schaffen die Forschenden des Transferprojektes „Verteilte Infrastrukturen für Technologie-Gestützte Innovationen im Verteilnetz“ (VITAL) eine sichere Testumgebung für Netzbetreiber.

Projektziel und Vorgehensweise

Die Forschenden des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Informatikinstituts OFFIS verfügen über zwei Energieforschungslabore, die sie im Rahmen des Transferprojektes miteinander koppeln werden. Im „Networked Energy Systems Emulation Centre“ (NESTEC) des DLR wird ein Stromnetz nachgebaut, das Haushalte und Betriebe versorgt. Das „Smart Energy Simulation und Automation“-Labor (SESA) des OFFIS stellt die digitale Steuerungs- und Überwachungsebene dar. Es sorgt also dafür, dass die Abläufe im nachgebauten Netz kontrolliert und geregelt werden.

Ziel der Forschenden ist es, mit der Kopplung der beiden Labore eine Testinfrastruktur aufzubauen, die die Komponenten eines modernen Energiesystems (Stromnetz, Informations- und Kommunikationstechnologien, Kund*innen, Netzbetreiber) beinhaltet. Im NESTEC sollen realistische Netzauslastungen nachgebildet und kontinuierlich Daten zum Zustand des Stromnetzes ans SESA-Labor übermittelt werden. Von dort werden Steuerbefehle zur Regulierung des Stromnetzes zurückgeschickt, um die Stabilität zu sichern. Diese Infrastruktur wird dazu dienen, verschiedene Szenarien – auch kritische Netzüberlastungen – abzubilden. Somit können Netzbetreiber ihre digitalen Anwendungen zur Steuerung flexibler Geräte (sog. Netzregler) in einer sicheren Umgebung testen.