„Designetz“: Blaupause für die Energiewende

12. März 2018 | Kira Crome

Das Designetz-Projekt soll die Verteilnetze fit für die Zukunft machen. © innogy SE

Das Designetz-Projekt soll die Verteilnetze fit für die Zukunft machen. © innogy SE

Verteilnetze sind das Rückgrat der Energiewende. Mehr als 90 Prozent der Erzeugung aus Erneuerbaren Energien wird hier eingespeist. Sie im Windschatten der Digitalisierung für das Energiesystem von morgen fit zu machen, dafür wollen Verteilnetzbetreiber, IKT-Experten, Stadtwerke, Industrieunternehmen und Forschungsinstitute in einem Verbundprojekt „Designetz“ aus 30 Einzelprojekten eine Bauanleitung für das intelligente Stromsystem der Zukunft entwerfen.

Die „letzte Meile“ ist ein viel verwendetes Bild, wenn von den verschiedenen Megatrends die Rede ist, die unsere Energiewelt herausfordern. Die Digitalisierung unserer Lebenswelt und das exponentiell wachsende Verkehrsaufkommen werden zur Herausforderung für altbewährte Systeme. Ob Verkehrswege, Daten- oder Stromleitungen – das letzte Stück des Weges in der langen Strecke vom Herstellungsort zum Kunden wird zunehmend beansprucht. Was in der Logistik und in der Telekommunikation diskutiert wird, beschäftigt auch die Betreiber der Stromnetze: Wie lässt sich das letzte Stück der Stromleitungen so effizient und stabil halten, dass die Energieversorgung zuverlässig läuft. In unserem mehrteilig aufgebauten Stromsystem sind es die Verteilnetze am Ende der Strecke, die wachsende Anforderungen stemmen müssen. Immer mehr kleine dezentral organisierte Energielieferanten speisen von überall her in die Netze ein, während Verbraucher zu Prosumern werden, die beides tun: Energie erzeugen und selbst verbrauchen. Auf der letzten Meile entsteht dadurch immer mehr Gegenverkehr, je nachdem, wie sich Erzeugung und Bedarf die Waage halten.

Megatrends, sagen Zukunftsforscher, wirken sich nicht unmittelbar aus. Sie entfalten ihre Wucht im Verlauf mehrerer Jahrzehnte, dann aber umso heftiger. Neue Strominfrastrukturen wie Wärmepumpen, dezentrale Speicher oder Elektrofahrzeuge erhöhen perspektivisch die Gleichzeitigkeit des Strombedarfs. Für die Verteilnetzbetreiber bedeutet das, die „letzte Meile“ individuell bis in jeden einzelnen Straßenzug hinein steuern zu können. Die fortschreitende Digitalisierung eröffnet dafür neue Möglichkeiten. „Mithilfe digitalisierter Infrastruktur können wir Erzeugung und Verbrauch so orchestrieren, dass ein Maximum an erneuerbaren Energien mit einem Minimum an Netzausbau genutzt werden kann“, sagt Hildegard Müller, Vorstand Netz und Infrastruktur der RWE-Tochter und Verteilnetzbetreiberin innogy.

Wie das im großen Kontext der Energiewende gelingen kann, soll in einem Verbundprojekt erprobt werden. Für „Designetz“ haben sich 46 Partner aus der IKT-Branche, Energiewirtschaft, Industrie, Kommunen und Wissenschaft und Forschung zu einer Forschungsinitiative zusammengeschlossen. Konsortialführer ist die RWE-Tochter und Verteilnetzbetreiberin innogy. Die Forschungspartner entwickeln und testen in 30 teils bestehenden, teils noch aufzusetzenden Einzelprojekten Musterlösungen, die die Gretchenfrage der Energiewende beantworten sollen: Wie können Erzeugung, Einspeisung, abschaltbare Lasten und Verbrauch netzdienlich mit einem steigenden Anteil von volatiler Stromerzeugung aus Wind und Sonne intelligent in den Verteilnetzen gesteuert werden?

Kernregion des „Designetz“-Verbundprojekts ist der industrielle Ballungsraum Ruhrgebiet mit weiteren Projektschwerpunkten in Rheinland-Pfalz und Saarland. Die Projektregion, in der mehr als ein Viertel der Bevölkerung Deutschlands lebt, bildet die in vielen Regionen Deutschlands typische Situation ab, in der sich ländliche Strukturen mit urbanen Ballungszentren und Industriestandorten abwechseln.

Zu den Einzelprojekten gehören Energiespeicher, Erneuerbare Energie-Anlagen, Gewerbebetriebe und Industrieanlagen. Die einzelnen „Demonstratoren“ sollen über Datenknoten vernetzt und gezielt angesteuert werden. Bis Ende des Jahres sollen die meisten Anlagen nach und nach in das Gesamtsystem eingebunden werden. Dafür werden Daten von rund 140.000 Messstationen in Anlagen und 7.000 ausgewählten Haushalten einbezogen. Geleitet wird die Konzipierung und Orchestrierung der einzelnen Bausteine von der Frage, wie sie datentechnisch logisch und sinnvoll miteinander verbunden werden können, um sie netzdienlich zu steuern. Die Aufgabe soll ein System-Cockpit übernehmen, das auch dazu dient, die realen Anlagen in einem fiktiven intelligenten Stromnetz zusammenzuschließen, um damit unterschiedliche Szenarien zu simulieren. Eine der Hauptforschungsfragen betrifft die Überlegung, welche Daten für eine intelligente Vernetzung der verschiedenen Demonstratoren überhaupt gebraucht werden und wie sich die Anlagen über weite Entfernungen hinweg fernsteuern lassen.

Ein erster Demonstrator, mit dessen Einbindung in das Projektsystem das Verbundprojekt „Designetz“ in die Praxisphase Anfang Januar gestartet ist, ist eine Power-to-Gas-Anlage im münsterländischen Ibbenbüren. Hier wird seit 2015 die Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien erprobt. Aus überschüssigem, nicht direkt verwertbarem Strom aus Wind- und Solarenergie wird in der Anlage mittels Elektrolyse Wasserstoff erzeugt, der anschließend ins Erdgasnetz eingespeist wird. Die eingebrachte Energie kann so zwischengespeichert und später bei Bedarf wieder zur Stromerzeugung genutzt werden. 150 Kilowatt überschüssigen Strom kann die Anlage aufnehmen, 30 Kubikmeter Wasserstoff liefert sie pro Stunde. Die bisherigen Projektergebnisse seien sehr vielversprechend, ließen die Forschungspartner verlauten: Die in Ibbenbüren realisierte Systemlösung zur Speicherung von regenerativem Strom habe über die komplette Speicherkette einen Nutzungsgrad von 86 Prozent.

Ein weiterer Demonstrator, der in das „Designetz“-Projekt integriert wird, ist zum Beispiel das im Eifelkreis Bitburg-Prüm aufgebaute Projekt Smart Country. In diesem Netz-Testgebiet wird durchschnittlich 17-mal so viel Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt, wie vor Ort selbst tatsächlich verbraucht wird. Ein wesentlicher Baustein von Smart Country ist eine Biogasanlage mit angeschlossenem Blockkraftheizwerk. Das System kann überschüssigen Strom bis zu zwölf Stunden lang speichern und schafft so Fenster, um Flexibilitätsoptionen zu nutzen und das Umland mit regenerativem Strom bedarfsgerecht zu versorgen.

Um die Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Öffentlichkeit zu vermitteln, werden alle Verbundprojektteilnehmer in eine „Route der Energie“ eingebunden. An jeder Station werden Informationen vor Ort aufbereitet und präsentiert. Ein erster Designetz-Info-Point steht im münsterländischen Reken. Er informiert über das Grid4EU-Projekt, dessen Erkenntnisse in das „Designetz“-Projekt einfließen. Hier hat der Verteilnetzbetreiber Westnetz das Ortsnetz in einem ausgewählten Bereich mit intelligenter Schalt- und Messtechnik zu einem lokalen „Smart Grid“ ertüchtigt, das den Netzbereich selbständig überwacht und steuert.

Bis zum Abschluss des Projekts im Jahr 2020 soll durch die Zusammenführung der 30 Einzelprojekte ein Gesamtkonzept zur digitalen Steuerung von Verteilnetzen entwickelt werden – eine Blaupause für das Stromnetz der Zukunft. Sie soll zeigen, welche Technologien sich in der Praxis bewähren und inwiefern der Gesetzesrahmen angepasst werden müsste, damit diese auch wirtschaftlich betrieben werden können. „Mit Designetz denken wir die Energiewende zu Ende“, erklärt Müller.

„Designnetz“ ist eine von fünf ausgewählten Verbundprojekten in bundesweit verteilten Modellregionen im Rahmen des Förderprogramms SINTEG (Schaufenster Intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende). Mit rund 200 Millionen Euro fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie die fünf SINTEG-Regionen. Durch zusätzliche Investitionen der Unternehmen in die Energiewende werden nach Ministeriumsangaben durch das SINTEG-Programm insgesamt über 500 Millionen Euro in die Digitalisierung des Energiesektors investiert.