Erneuerbare-Energien-Forschung: Smarte Lösungen für eine netzstabile Energiewende

16.08.2023 – Das Projekt CACTUS befasst sich mit einer der größten Herausforderungen im Stromsektor: Durch den starken Zuwachs von Elektroautos und Wärmepumpen wird der Strombedarf in Summe stark zunehmen, jedoch nicht gleichmäßig über den Tag hinweg verteilt sein. Ziel im vor kurzem gestarteten Projekt ist es, die Energiewende zu ermöglichen, ohne die Netzstabilität zu gefährden und ohne den zukünftigen Netzausbau abwarten zu müssen. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) forscht nun mit acht weiteren Projektpartnern an entsprechenden Lösungen.

CACTUS steht für „Connect, Assist & Control: Transparenz und Systemstabilität für Smart Energy Systeme“. Es sollen Spielräume für die Integration von Erneuerbaren Energien, Elektrofahrzeugen und Wärmepumpen ins Stromnetz geschaffen werden. Die Vor-Ort-Versorgung mit Ökostrom muss eng mit dem Netz und dem Energiemarkt abgestimmt werden, um Engpässe zu vermeiden, erläutern die Forschenden. Dies könne über zeitlich flexibles oder gar verzögertes Laden von Elektroautos oder durch die direkte Nutzung von lokal erzeugtem PV-Strom gewährleistet werden. Wärmepumpen könnten bspw. auch für einzelne Stunden abgeschaltet werden, ohne dass Wohnungen auskühlen, so die Projektierer. Zu den neun Projektpartnern gehören auch vier Stadtwerke, in deren Gebiet die Ergebnisse praktisch erprobt werden, um sie dann zu optimieren.

Durch gezielte Kommunikation und Visualisierung von Netzengpässen (Connect) sollen Netzbetreiber in ihrer täglichen Arbeit unterstützt werden (Assist). Primäres Ziel sei es, berichtet das ZSW-Forscherteam, „Netzengpässe gar nicht erst aufkommen zu lassen und diese bereits im Vorfeld durch Preissignale und Nutzung von flexiblen Verbrauchern aufzulösen (Control).“ Dazu adaptiere ein Algorithmus Preissignale, so dass mit hoher Wahrscheinlichkeit bei allen Schwankungen im Erzeugungs- und Verbrauchsverhalten die technischen Grenzen für einen stabilen Netzbetrieb eingehalten und damit Abschaltmaßnahmen vermieden werden – auch dann, wenn einige Kundenanlagen nicht auf die Preissignale reagieren wollten oder könnten.

Im ersten Schritt des Projekts führt das Forscherteam des ZSW eine Prognose des Verbrauchs und der Einspeisung im Niederspannungsnetz durch, um dann vorausschauend die Belastungen der verschiedenen Netzabschnitte im Verteilnetz darzustellen. Wenn dabei Netzengpässe prognostiziert werden, soll ein Assistenzsystem Entscheidungshilfen für das Leitwartpersonal liefern, um kritische Systemzustände durch direkte Steuereingriffe zu vermeiden.

Zudem werde ein Algorithmus entwickelt, der im Vorfeld über Preissignale an dezentrale Anlagen deren gleichzeitige Nutzung reduzieren und dadurch Netzengpässe sowie die dann notwendigen direkten Steuereingriffe weitestgehend vermeiden soll. Somit werde durch intelligente Netzbewirtschaftung der steigende Transportbedarf für elektrische Energie in vielen Fällen schon mit bestehenden Verteilnetzen ermöglicht und der anderenfalls notwendige Ausbau der Stromnetze reduziert, so das Ziel des Projekts.