Ein intelligenter Schritt Richtung Energiewende: Forschungsprojekt SynergieQuartier erfolgreich abgeschlossen
Innovationen für ein sicheres, wirtschaftlich rentables
Energiesystemdesign zu entwickeln, war das Ziel des unter Federführung des
FZI Forschungszentrum Informatik laufenden Projektes SynergieQuartier.
Gemeinsam mit den Partnern Stadtwerke Walldorf, beegy, dem
Energieversorgungsunternehmen MVV und dem Karlsruher Institut für
Technologie (KIT) entwickelte das FZI ein Systemkonzept, das in
Simulationen und in einem Feldtest in einem Wohngebiet in Walldorf
erforscht, demonstriert und evaluiert wurde. Es erlaubt durch den
intelligenten IKT-Einsatz zukünftig einen zielgenauen Ausbau der Netze
trotz zusätzlicher Lasten.
Im Vordergrund des Projektes SynergieQuartier, das von Mitte 2020 bis zum
Jahresende 2023 lief und vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Klimaschutz mit rund 2 Millionen Euro gefördert wurde, stand die
Entwicklung eines Systemkonzeptes, das alle wesentlichen Akteure und
Techno-logien auf dem Weg zur Energiewende miteinbezieht.
Dezentrale Verbraucher und Erzeuger wie Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen,
verschiedene Energiespeicher und Photovoltaikanlagen können die Netze
stark belasten. Unklar war bisher hingegen, wie stark die jeweiligen
Verteilnetze ausgebaut werden müssen und inwiefern stattdessen die Flexi-
bilität der Haushalte helfen kann, Netzausbaukosten zu sparen und somit
einen Beitrag zu einem stabilen und kosteneffizienten Energiesystem zu
leisten. Dies wurde im SynergieQuartier als Folgeprojekt von Living Lab
Walldorf sowohl allgemein als auch ganz konkret anhand von Haushalten im
Stromnetz von Walldorf untersucht.
Basierend auf der Smart-Meter-Gateway-Architektu
Möglichkeiten entwickelt, zeit- und lastvariable Netzentgelte so zu
gestalten, dass nicht nur die überregionale Strommarktsituation, sondern
auch gleichzeitig die lokale Netzsituation berücksichtigt werden konnte –
selbst wenn die Situationen überregional und lokal unterschiedlich waren.
Feldtest im Walldorfer Wohnquartier
Herzstück des Projektes war ein zwischen Januar 2022 und Oktober 2023
laufender praktischer Feldtest, bei dem in Walldorf insgesamt 28
Prosumerhaushalte – also Haushalte, die Energie nicht nur konsumieren,
sondern auch erzeugen – mit entsprechender Mess- und Steuerungstechnik in
Form eines lokalen Energiemanagementsystems (HEMS) von beegy sowie einem
intelligenten Messsystem ausgestattet wurden. Aus den erfassten Messdaten
wurde zunächst das Ladeverhalten privater Haushalte modelliert und darauf
basierend die Auswirkungen von Prosumer-Haushalten auf Verteilnetze und
die Netzbetreibereingriffe simuliert.
Bewohner*innen des Quartiers in Walldorf wurden mit Veranstaltungen und
Diskussionsrunden aktiv in die Gestaltung des Feldtestes einbezogen und
insbesondere zu ihrem Energieverhalten und ihren Anforderungen an
Energiemanagementsysteme zur Flexibilisierung und Netzoptimierung befragt.
Prosumer-Demonstrator hilft Reaktionen des Energiemanagementsystems zu
verstehen
Im FZI Living Lab smartEnergy entstand im Rahmen des Projektes ein
Demonstrator, der Reaktionen im Energiemanagementsystem verstehen hilft.
Dieser Demonstrator "Prosumer-Haushalt" wurde auch im Rahmen der
Messepräsentation des Mittelstand-Digital Zentrum Kli-ma.Neutral.Digital
den Besucher*innen des Digitalgipfels der Bundesregierung 2023 in Jena
gezeigt.
Der Demonstrator spiegelt alle Komponenten eines Prosumer-Haushalts (ein
Photovoltaik-Wechselrichter, eine Ladestation, eine Batterie und ein
intelligentes Messsystem mit einem Smart Meter) auf einer Wandfläche.
Hinzugeschaltete Monitore erlauben es, die Integration des Haushaltes in
das Energiesystem nachzuverfolgen.
Drei Netzwerkbereiche des Smart-Meter-Gateways wurden durch den
Demonstrator abgebildet: Im Heimnetz befinden sich ein Solar-
Wechselrichter mit Batterie und eine Ladestation, die mit einem lokalen
Energiemanagementsystem (HEMS) kommunizieren. Über das
Energiemanagementsystem sind auf einem Monitor die Energieflüsse im
Gebäude übersichtlich nachzuverfolgen. Smart Meter sind über ihr lokales
Zähler-Netzwerk mit dem zentralen Smart-Meter-Gateway verbunden. Darüber
hinaus erhält das Smart-Meter-Gateway via Internet Informationen über das
Energiesystem, insbesondere dynamische Strompreise und Hinweise auf
Leistungsgrenzen, die sich durch Engpässe im lokalen Netz ergeben.
Neben einem Live-Szenario können durch den Demonstrator auch
unterschiedliche Jahreszeiten und Szenarien im Energiesystem ausgewählt
und „durchgespielt“ werden, um die Reaktionen des Energiemanagementsystems
und die daraus resultierende Änderung der Energieflüsse zu beobachten.
Sicheres und resilientes Energiesystem
Das FZI befasste sich im Projekt nicht nur mit Kommunikations- und
Optimierungsprozessen der installierten Anlagen. Auch Hemmnisse und
Potenziale der in Deutschland bis 2035 flächendeckend auszubauenden Smart-
Meter-Infrastruktur wurden aufgezeigt. Hier wurden besonders IT-
Sicherheitsaspekte hinsichtlich Smart Meter in der Labor- und Feldumgebung
des Projektes beleuchtet und Ansätze erarbeitet, wie die kritische
Stromversorgungsinfrastruktur resilienter auf potenzielle Cyberangriffe
reagieren kann.
FZI-Input für die Weiterentwicklung des Energiewirtschaftsgesetzes
Durch Ergebnisse des SynergieQuartier-Projektes konnten die FZI-
Forscher*innen auch wertvolle Impulse zur Weiterentwicklung des
regulatorischen Rahmens rund um unser Energiesystem an die
Bundesnetzagentur und das Forum Netztechnik/Netzbetrieb des Verbandes der
Elektrotechnik (VDE) weitergeben, insbesondere im Zusammenhang mit der
Neufassung des § 14a des Energiewirtschaftsgesetzes. Durch diese
Aktualisierung haben die Netzbetreiber seit dem 1. Januar 2024 das Recht,
Ladestationen, Wärmepumpen und Batterien im Falle von Netzengpässen zu
steuern. Im Gegenzug bekommen die Betreiber*innen von neuen Anlagen
reduzierte Netzentgelte.
Ziel des SynergieQuartiers erreicht
Der intelligente Einsatz von IKT in Form von HEMS und intelligenten
Messystemen erlaubt es, die Netze angesichts zusätzlicher Lasten durch
Elektromobilität und Sektorkopplung zielgenauer und kosteneffizienter
auszubauen und zu betreiben. Energiedienstleister können Endkunden
Produkt-innovationen und Kostenreduktionen anbieten, der Gesetzgeber
erhält valide Handlungsempfehlungen und die breite Bevölkerung erlebt eine
wirkungsvolle Teilhabe an der Energiewende.
Über das FZI
Das FZI Forschungszentrum Informatik mit Hauptsitz in Karlsruhe und
Außenstelle in Berlin ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik-
Anwendungsforschung und Technologietransfer. Sie bringt die neuesten
wissenschaftlichen Erkenntnisse der Informationstechnologie in Unternehmen
und öffentliche Einrichtungen und qualifiziert für eine akademische und
wirtschaftliche Karriere oder den Sprung in die Selbstständigkeit.
Betreut von Professor*innen verschiedener Fakultäten entwickeln die
Forschungsgruppen am FZI interdisziplinär für ihre Auftraggeber Konzepte,
Software-, Hardware- und Sys-temlösungen und setzen die gefundenen
Lösungen prototypisch um. Mit dem FZI House of Living Labs steht eine
einzigartige Forschungsumgebung für die Anwendungsforschung bereit. Das
FZI ist Innovationspartner des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
und strategischer Partner der Gesellschaft für Informatik (GI).
Weiterführende Informationen zum Projekt
Diese finden Sie unter https://synergiequartier-walld
