Arbeitsgruppen des Forschungsnetzwerks Stromnetze

Das Netzwerk ist dank seiner heterogenen Mitgliederstruktur ein Spiegelbild der Forschungslandschaft zu Stromnetzen in Deutschland. Die Arbeitsschwerpunkte der Mitglieder verteilen sich auf folgende Themengebiete:

Nach einer Konsolidierungs- und Präzisierungsphase hat die AG Stabilität des Gesamtsystems die Detailarbeit von drei Themenschwerpunkten begonnen:

  • Netzbetriebsführung und Stabilität
  • Systemstruktur für stabile Stromnetze
  • Modellierung und Systemanalyse

Für inhaltliche Fragen zu der AG wenden Sie sich bitte an die AG-Leiter:

Prof. Dr.-Ing. Christof Wittwer, Fraunhofer ISE, christof.wittwer@ise.fraunhofer.de

Prof. Dr.-Ing. W.H. Wellßow, TU Kaiserslautern, wellssow@eit.uni-kl.de

Für organisatorische Fragen stehen wir Ihnen gerne unter ptj-fne-stromnetze@fz-juelich.de zur Verfügung.

Nachdem die Schwerpunktblätter weitgehend abgestimmt und ausgearbeitet sind führt die AG 2 zur Zeit vier Themenschwerpunkte:

  • Innovationen bei Netzbetriebsmitteln und Anlagentechnik
  • Interaktion von Stromrichtern mit dem Energieversorgungsnetz
  • Schutz- und Leittechnik in dezentralen Energiesystemen
  • Zukünftiger Netzbetrieb

Der Themenschwerpunkt „Systemstruktur“ wurde Arbeitsgruppenübergreifend diskutiert und mit Abschluss der Kerndiskussionen vollständig an die AG1 übergeben.

Für inhaltliche Fragen zu der AG wenden Sie sich bitte an die AG-Leiter:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz, Helmut-Schmidt-Universität, detlef.schulz@hsu-hh.de

Prof. Dr.-Ing. Volker Staudt, Ruhr-Universität Bochum, staudt@enesys.rub.de

Für organisatorische Fragen stehen wir Ihnen gerne unter ptj-fne-stromnetze@fz-juelich.de zur Verfügung.

  • Netzberechnungsmethoden für die AC/DC-Integration
  • Netzbetrieb und –regelung
  • Netzkomponenten
  • Netzschutz und Netzleittechnik in AC/DC-Netzen
  • Netzplanung und –design

Für inhaltliche Fragen zu der AG wenden Sie sich bitte an die AG-Leiter:

Prof. Dr.-Ing. Dirk Westermann, Technische Universität Ilmenau, dirk.westermann@tu-ilmenau.de

Prof. Dr.-Ing. Jutta Hanson, Technische Universität Darmstadt, jutta.hanson@e5.tu-darmstadt.de

Für organisatorische Fragen stehen wir Ihnen gerne unter ptj-fne-stromnetze@fz-juelich.de zur Verfügung.

Einleitung

Die Arbeitsgruppe „Flexibilisierung des Energiesystems“ repräsentiert als eine von fünf Arbeitsgruppen innerhalb des Forschungsnetzwerks Energie – Stromnetze bedeutende Forschungsthemen für die Umsetzung der Energiewende. Die offene Arbeitsgruppe mit aktuell 47 Mitglieder fördert die Kommunikation zwischen Industrie, Instituten sowie dem BMWi und erarbeitet Vorschläge für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte.

Forschungsinhalte

Im Rahmen der Arbeitsgruppe wurde eine Reihe von Themenfeldern zur Flexibilisierung des Energiesystems identifiziert und in fünf Forschungsthemen gegliedert. Im Zentrum stehen die Flexibilisierungstechnologien, die in die Themen Sektorkopplung, Energiespeicher und Demand Side Management gegliedert sind. Grundlage für diese Technologien ist die Analyse des Flexibilisierungsbedarfs im Gesamtsystem unter der Betrachtung sowohl der räumlichen als auch der zeitlichen Anforderungen. Für die Realisierung der Technologien ist des Weiteren eine Betrachtung der Rahmenbedingungen als Flexibilisierungsermöglicher von besonderer Bedeutung. Im Rahmen dieser Themencluster sollen die wichtigsten Kernaspekte ausgearbeitet werden, die die Forschung in den kommenden Jahren abdecken sollte.

Thema 1: Sektorkopplung

Die Sektorenkopplung zwischen Wärme und Strom bietet Chancen Überangebot im Stromnetz nutzbar zu machen und gleichzeitig Flexibilität bereitzustellen. Dies beinhaltet sowohl die Wärmeerzeugung mit Strom, wie auch umgekehrt die Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken. Thermische Speicher auf hohem Temperaturniveau und Wärmepumpen können hier eine wichtige Funktion übernehmen.

Neben der Kopplung mit Wärmeenergie spielt auch das Gasnetz durch die Elektrolyse und Erzeugung von Wasserstoff mittels überschüssigem Strom aus den erneuerbaren Energien (EE) eine wichtige Rolle, insbesondere bei der Langzeitspeicherung oder beim Transport großer Energiemengen über weite Strecken im Gasnetz (Power-to-Gas). Aber auch die direkte Versorgung des Verkehrssektors (Straßen- und Luftverkehr) mit aus EE-Strom erzeugten Treibstoffen (Power-to-Liquids) ist ein wichtiges Element der Sektorkopplung. Auch hier sind die Elektrolyse und die Kopplung mit einer nachgelagerten Umsetzung des Wasserstoffs zu alternativen CO2-sparenden Kraftstoffen eine wichtige Rolle. 

Thema 2: Energiespeicher

Die netzdienliche und wirtschaftliche Integration von Speichern (sowohl zentral als auch dezentral) ist eine weitere Möglichkeit überschüssige Energie zu puffern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzurufen.

Neben stationären Batteriesystemen (z. B. Li-Ionen-Batterien oder Redox-Flow-Batterien) gibt es hier verschiedene dezentrale Technologien wie E-Mobilität oder auch industrielle prozessintegrierte Speicher. Aber auch große zentrale Speichersysteme, wie z.B. Kavernenspeicher für Gas aus EE, für Druckluft oder als Pumpspeicherkraftwerk könnten insbesondere als jahreszeitliche Langzeitspeicher in Frage kommen.

Thema 3: Demand Side Management

Die Nutzung von zeitlichen Flexibilitäten bei häuslichen und industriellen Verbrauchern im Rahmen von Lastmanagement-Strategien bieten weitere Chancen das Stromnetz zu stützen.

Voraussetzung für die Erschließung dieser Potenziale ist die sinnvolle Ausgestaltung von Anreizen und ein adäquates Marktdesign sowie die Verbreitung von Kommunikationstechnologien. Ebenso sind intelligente Prognose- und Steuerungsverfahren auf allen Ebenen, die Adaption industrieller Verbraucher und Prozesse für den dynamischen Betrieb und angepasste Abrechnungssysteme Werkzeuge des Demand Side Managements. 

Thema 4: Rahmenbedingungen

Angepasste regulatorische Rahmenbedingungen wie dynamische Netzentgelte oder alternative Ansätze sowie international harmonisierte Schnittstellen- und Sicherheitsstandards sind eine Voraussetzung für den Erfolg der Flexibilisierungstechnologien. Insbesondere Netzentgelte sind heute für viele Speicheranwendungen ein Hindernis und deren Flexibilisierungspotenziale umstritten.

Die Umgestaltung von Regulatorien für Verteilnetzbetreiber (z.B. die Anreizregulierungsverordnung) machen es derzeit nahezu unmöglich Flexibilitäten anstelle von Netzausbau zu nutzen. Hier bedarf es einer enormen Umgestaltung hin zu Anreizen die intelligente und flexible Lösungen unterstützen.

Passende Geschäfts- und Tarifmodelle auf Basis eines volkswirtschaftlich und netztechnisch optimierten Marktdesigns müssen entwickelt werden.

Thema 5: Gesamtsystem

Der Bedarf an Flexibilität hängt maßgeblich von dem Betrachtungsgebiet ab (z.B. Spannungsebene, Versorgungsgebiet eines Netzbetreibers oder das gesamte europäische Verbundnetzgebiet) und eine Analyse muss somit in Abhängigkeit der räumlichen und zeitlichen Anforderungen erfolgen.

Der Einsatz von Flexibilitäten, wie z.B. von Speichern, wirkt sich jedoch nicht nur auf das lokale Stromnetz sondern darüber hinaus auch netzebenen- und ggf. sogar sektorenübergreifend aus. Daher ist es erforderlich, den Einsatz von Flexibilitäten stets ganzheitlich technisch und wirtschaftlich zu bewerten. 

Neben den dargestellten Schwerpunktthemen wurde der Themenbereich der Modellierung als Querschnittsthema für die Arbeitsgruppe identifiziert und soll bei der Ausgestaltung von Entwicklungsschwerpunkten mit berücksichtigt werden.

Für inhaltliche Fragen zu der AG wenden Sie sich bitte an die AG-Leiter:

Prof. Dr.-Ing. Constantinos Sourkounis, Ruhr-Universität Bochum, sourkounis@enesys.rub.de

Jun. Prof. Dr.-Ing. Ines Hauer, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, ines.hauer@ovgu.de

Für organisatorische Fragen stehen wir Ihnen gerne unter ptj-fne-stromnetze@fz-juelich.de zur Verfügung.

  • Automatisierung & Energiemanagement
  • Datenanalyse
  • Diensteplattformen & Geschäftsmodelle
  • IKT-Sicherheit und Resilienz IKT-basierter Systeme

Für inhaltliche Fragen zu der AG wenden Sie sich bitte an die AG-Leiter:

Prof. Dr.-Ing. Peter Bretschneider, Fraunhofer IOSB, Institutsteil Angewandte Systemtechnik (AST), peter.bretschneider@iosb-ast.fraunhofer.de

Dr. Christoph Mayer , OFFIS e.V. - Institute for Information Technology, mayer@offis.de

Für organisatorische Fragen stehen wir Ihnen gerne unter ptj-fne-stromnetze@fz-juelich.de zur Verfügung.