CityGrid – Intelligente Energieversorgung einer Stadt

Intelligente Stromnetze (engl. Smart Grids) besitzen in Verbindung mit dem Aufbau einer umwelt?vertr?glichen Energieversorgung durch erneuerbare Energien wie Photovoltaik-, Windkraft- und Biogasanlagen ein erhebliches Potential zur effizienteren Stromversorgung. Da die Verfügbarkeit dargebotsabh?ngiger Energiequellen – vor allem Sonne und Wind – jedoch signifikant schwankt, kann eine sichere Versorgung nur dann gew?hrleistet werden, wenn die Flexibilit?t von Erzeugern und Verbrauchern erheblich ausgeweitet wird. In Zukunft sind daher eine optimale Nutzung von Energiespeichern sowie eine an die Energieverfügbarkeit angepasste Steuerung flexibler Erzeuger und Verbraucher unerl?sslich. Die notwendige Synchronisation von Erzeugung und Verbrauch innerhalb eines Siedlungsgebietes kann nur durch entsprechende Kommunikationstechniken sichergestellt werden.

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, ausgehend von den Bedürfnissen einer realen Stadt, ein auf andere st?dtische Siedlungsr?ume übertragbares Konzept für eine effiziente und stabile Energieversorgung zu erarbeiten, das auf regenerative Energieformen und der intelligenten – sicheren, robusten und effizienten – Kooperation von Strom- und W?rmeenergieerzeugern sowie den zugeh?rigen Verbrauchern und Speichern beruht. Die Eignung des Konzepts wird durch Simulationen und prototypische Implementierungen verifiziert.

Die Effizienz der Stromversorgung steigt u.a. durch eine intelligente Aktivierung geeigneter Energieverbraucher im Haushalt. Verbrauch muss stattfinden, wenn z.B. ein benachbartes Blockheizkraftwerk (BHKW) oder dargebotsabh?ngige Erzeuger liefern. Der sofortige Verbrauch bereitgestellter Strommengen wirkt den typischen Verlusten bei der Speicherung oder dem Transport entgegen. Im Forschungsprojekt soll die Vernetzung der Energieerzeuger und -verbraucher über eine geeignete Kommunikations- und Diensteplattform erfolgen und die Gesamteffizienz durch eine intelligente Regelung optimiert werden.

Heutige Verteilnetze sind so ausgelegt, dass Haushalten und Gewerbe, auch im Starklastfall, oft nur maximal etwa 10% der zul?ssigen Anschlusswerte tats?chlich bereitgestellt werden k?nnen. Es k?me zu ?berlastungen in den gemeinsam genutzten Teilen des Netzes (insb. Ortsnetztransformator und Niederspannungsleitung), wenn mehrere Endkunden dem Netz zeitgleich eine hohe Leistung entnehmen. Diese Problematik versch?rft sich bei zunehmender Verbreitung von Elektrofahrzeugen mit einer Schnellladefunktion. Durch eine dezentrale Regelung, welche die vorhandene Netzkapazit?t berücksichtigt und die M?glichkeiten gleichzeitiger lokaler Erzeugung, z.B. durch BHKW einer Region, einbezieht, l?sst sich ein bei nur geringen zus?tzlich transportierten Energiemengen nicht wirtschaftlicher Netzausbau vermeiden. In einer weiteren Ausbaustufe kann eine solche Regelung u.U. beim Ausfall im überregionalen Netz eine lokale bzw. regionale Notversorgung im Inselnetzbetrieb erm?glichen. Die Voraussetzungen hierfür und die Frage der stabilen Inselregelung bei steigendem Anteil an Um- und Wechselrichtern im Netz sind zu untersuchen.

Für eine optimierte Auslastung des Verteilnetzes sind Informationen über zukünftige Verbrauchsaktivit?ten in sowohl kurz- als auch langfristigen Zeitrahmen von gro?er Bedeutung. Denkbar w?re eine Informationsverteilung über das Stromnetz, Telefonnetz, Kabelnetz oder über Funk. Die Sammlung und ?bertragung dieser Informationen über z.T. frei zug?nglichen Kommunikationsmedien stellt nicht nur eine Herausforderung für das Kommunikationsnetz dar, sondern wirft entscheidende Frage zu Thema Rechtssicherheit und Datenschutz auf. Zur Zielerreichung verbindet der Forschungsschwerpunkt daher nicht nur die Gebiete Energiesysteme, Energienetze, Kommunikationstechnik und Regelungstechnik sondern auch das h?ufig wenig beachtete Gebiet des Datenschutzes.