CityGrid – Intelligente Energieversorgung einer Stadt
Forschungsbereiche
Forschungsbereiche
Der Binnenforschungsschwerpunkt CityGrid vereint die Forschungsbereiche Wirtschaft und Recht, Energietechnik und Kommunikationstechnik. Sie dienen als S?ulen zur Beantwortung interdisziplin?rer Forschungsfragen, die im Rahmen des Projekts behandelt werden.
Die heute geltenden Marktbedingungen des Stromsektors werden zunehmend in Frage gestellt. Urs?chlich ist der Paradigmenwechsel in der Energieversorgung. Lange galt der Grundsatz ?Erzeugung folgt Verbrauch“. Mit dem wachsenden Anteil regenerativer Energien wird es aber zukünftig eine Abkehr von diesem Grundsatz geben. Die Negativfolge daraus: Die Verteilnetze werden vermehrt zum Einspeisenetz und belasten damit die Versorgungssicherheit. Diese ge?nderten Rahmenbedingungen machen eine Anpassung der heutigen Marktregeln und Gesch?ftsmodelle unumg?nglich.
Diese Situation nimmt der Forschungsbereich Wirtschaft und Recht zum Anlass, neuartige Gesch?ftsmodelle und datenschutzrechtliche Fragestellungen für eine intelligente Energieversorgung einer Stadt zu untersuchen. Untersuchungsgegenstand ist u.a. die Fragestellung, inwieweit z.B. flexible Verbraucher in den Energiemarkt integriert werden k?nnen. Ein Basisansatz kann auch ein Preisanreizmodell sein. Die Kunden sollen durch Flexibilisierung der Strompreise dazu animiert werden, ihren Stromverbrauch an die vorherrschende Netzauslastung anzupassen.
Neben diesem wirtschaftlichen Schwerpunkt stehen insbesondere datenschutzrechtliche Fragestellungen im Fokus, denn vergangene Projekte haben deutlich gemacht, dass bei der Entwicklung neuartiger Technologien vor allem der Datenschutz kaum Berücksichtigung findet. Technisch – z.B. durch Smart Meter– ist es unl?ngst m?glich Informationen über den Stromverbrauch des Kunden zu sammeln und diese ggf. an eine zentrale Stelle zu übertragen. Verhaltens- und Lebensweisen lassen sich damit ohne Weiteres ableiten und kommerzialisieren. Die Gefahr vom gl?sernen Bürger wird damit wirklich spürbar. Ein Ziel ist demzufolge einen ad?quaten Datenschutz in einem intelligenten Stromnetz sicherzustellen.
Der Forschungsbereich Energietechnik besch?ftigt sich mit der kombinierten und bedarfsgesteuerten Bereitstellung und Nutzung von Strom und W?rme. Es werden Konzepte betrachtet, die die Erzeugung und den Verbrauch von Strom und W?rme in einem Stadtgebiet untersuchen. Dafür wird mittels einer Netzberechnungssoftware das Niederspannungsnetz nachgebildet und basierend darauf unterschiedliche Netzsituationen simuliert. Ein variabler Ausbau von Photovoltaikanlagen und die Nutzung von Elektrofahrzeugen werden ebenso betrachtet wie die Integration von Blockheizkraftwerken und der Einsatz von W?rmepumpen. Die Ergebnisse der Netzberechnung werden mit reellen Messwerten aus einem Netzgebiet verglichen um die Güte und die Qualit?t der Simulation zu verbessern und zu optimieren.
Je nach Situation und Netzgegebenheiten im Stromnetz wird Energie gebraucht oder mehr Energie als ben?tigt erzeugt. Ein ?berschuss an Energie kann dahingehend genutzt werden, zus?tzliche W?rme bereitzustellen (z.B. durch eine W?rmepumpe) oder diese für die Ladung einer Batterie zu verwenden. Die ben?tigte W?rmeenergie h?ngt wiederum von vielen unterschiedlichen Parametern, wie z.B. der Heizlast eines Geb?udes, dem Nutzungsverhalten des einzelnen Verbrauchers und der Jahreszeit ab.
Die Parameter für eine intelligente Nutzung von Strom und/oder W?rme und die dafür ben?tigten Entscheidungsparameter werden untersucht und entwickelt. Dafür wird der zeitliche Verlauf des Strom- und des W?rmebedarfs miteinander verglichen und kombiniert. Dies soll die bestm?glichste und effizienteste L?sung für die Nutzung der Energieformen gew?hrleisten.
Eine zentrale Anforderung eines Smart Grids ist die Kommunikation. Ohne diese gibt es keine M?glichkeit, Informationen über Netzzust?nde auszutauschen oder eine Steuerung und Optimierung vorzunehmen. Der Forschungsbereich Kommunikation besch?ftigt sich daher mit der Bereitstellung einer Kommunikationsplattform. In der H?chstspannungsebene ist eine Kommunikation bereits m?glich, wodurch Kraftwerke bedarfsabh?ngig gefahren werden k?nnen. Wichtig ist die Integration der unteren Netzebenen in ein vergleichbares Kommunikationsnetz, was neue M?glichkeiten zur Beeinflussung des Netzes bietet.
Dazu werden verschiedenste Energiemanagementplattformen und -algorithmen in einem Kommunikationsnetz-Simulator anhand unterschiedlicher Szenarien auf ihre Kommunikationseigenschaften geprüft und weitergehend untersucht. Dabei wird auf Themen wie Datenaufkommen, zentrale oder verteilte Datenhaltung, Skalierbarkeit, Kommunikationssicherheit und Güte des Energiemanagements eingegangen.
Da bei einem Informationsaustausch im Smart Grid potentiell private Daten betroffen sein k?nnen, ist ein weiterer Schwerpunkt die Privatsph?re. Es wird untersucht, in wie weit g?ngige Smart Metering und Energiemanagement-Systeme in die Privatsph?re der Nutzer eingreifen. Darauf aufbauend werden L?sungen entwickelt, die einen Eingriff in die Privatsph?re verhindern, ohne dass die Güte des Energiemanagements beeintr?chtigt wird.