Im Zuge der Energiewende werden viele Bürgerinnen und Bürgern zu sogenannten Prosumern. Sie konsumieren nicht mehr ausschließlich Strom, sie produzieren auch selbst welchen, etwa mittels Photovoltaik-Anlage auf dem eigenen Hausdach. Im Forschungsprojekt Flex2Market haben Fachleute einen regionalen Marktplatz entwickelt, auf dem überschüssiger oder benötigter Öko-Strom gehandelt werden kann. Das Ziel: lokale Netzengpässe vermeiden.

Der Anschluss dezentraler Energieerzeugungs-Anlagen, wie Photovoltaik, ans Energiesystem führt zu bidirektionalen Leistungsflüssen. Das heißt, es wird nicht nur Strom aus dem Netz entnommen, sondern auch eingespeist. Das stellt lokale Netze auf Niederspannungsebene in Bezug auf ihre Kapazität vor ganz neue Herausforderungen. Expertinnen und Experten arbeiten deshalb daran, die Netze intelligent zu machen und zu sogenannten Smart Grids umzubauen.

Im Rahmen des preisgekrönten Projekts iNes hatte ein Forschungsteam unter Leitung der Bergischen Universität Wuppertal bereits ein System entwickelt, das das Verteilnetz überwacht und bei drohender Überlastung gezielt einzelne Photovoltaik-Anlagen kurzzeitig abschaltet. Mit dem Projekt Flex2Market wurde iNES um einen regionalen Flexibilitätsmarkt erweitert. Gemeinsam untersuchten die Projektpartner, wie ein solcher Marktplatz ausgestaltet werden kann und wie die unterschiedlichen Anlagen in ein Smart-Grid-System eingebunden werden können.

Die Fachleute entwickelten Prognosen, um Netzüberlastungen im Vorhinein zu erkennen und daraufhin mithilfe einer Online-Plattform Anfragen an den RegioFlex-Markt zu stellen. Auf dem Marktplatz wurde die Flexibilität (überschüssiger oder benötigter Strom) dann gehandelt.

Stromhandel offen und transparent gestalten

„Damit schaffen wir die Grundlagen für das Marktdesign der Zukunft, in dem sich sowohl Stromerzeuger aller Größenordnungen als auch Speicher und Verbraucher offen und transparent an der Regelung des Netzzustands beteiligen und so Erlöse erwirtschaften können“, sagt Prof. Markus Zdrallek, Leiter des Lehrstuhls für Elektrische Energieversorgungstechnik der Bergischen Universität Wuppertal. „Damit kann die Leistung eines Batteriespeichers im Privathaushalt ebenso wie die Ladeleistung eines Elektroautos oder die Leistungsänderung eines Industrieunternehmens auf einem regionalen Flexibilitätsmarktplatz angeboten werden.“

Neben der Einführung eines RegioFlex-Markts gehörte auch die Erweiterung um eine notwendige Netzzustandsprognose zu den Zielen des Projekts. Ort, Umfang und Dauer erwarteter Überschreitungen von vorab definierten Grenzwerten sollten zuverlässig abgeschätzt werden. Dafür wurden beispielsweise Grenzwerte für den Zustand der jeweiligen Betriebsmittel festgelegt. Denn ein regionaler Flexibilitätsmarkt soll nur dann genutzt werden, wenn Grenzwertüberschreitungen bevorstehen und im entsprechenden Abschnitt des Netzes gelöst werden können.

Grün, gelb, rot: Team nutzt Netzampel als Hilfsmittel

Dafür wird ein Signal benötigt, das allen Marktteilnehmenden und dem jeweiligen Netzbetreiber übermittelt, dass ein lokaler Netzengpass bevorsteht. Hierzu griff das Forschungsteam auf die Netzkapazitätsampel des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft zurück, um sich schnell einen Überblick über den Netzzustand zu verschaffen. Wird ein Netzproblem festgestellt beziehungsweise vorausgesagt und kann mithilfe eigener Betriebsmittel nicht durch den Netzbetreiber gelöst werden, wechselt die Netzampel in die gelbe Ampelphase. Gehen in dieser Phase nicht genügend Angebote auf der Online-Plattform des regionalen Flexibilitätsmarkts ein oder reicht die Leistung insgesamt nicht aus, um die Grenzwertverletzung zu lösen, wird die rote Ampelphase ausgerufen.

Um den entwickelten regionalen Flexibilitätsmarkt unter realen Bedingungen zu testen, musste das Forschungsteam zusätzlich Regularien und Handelszeiträume definieren sowie eine transparente Preisgestaltung und Anforderungen an die Teilnehmenden zur konkreten Umsetzung der webbasierten Handelsplattform ausarbeiten.

RegioFlex-Markt erfolgreich praktisch getestet

In einem mehrmonatigen Praxistest erprobten die Expertinnen und Experten komplette nachgebildete Handelsabläufe mit den Softwarelösungen von SPIE SAG in einem vom E-Werk Schweiger zur Verfügung gestellten Testnetz. Dabei untersuchten sie vor Ort ebenfalls die entwickelte Netzzustandsprognose, die bereits anhand von Simulationen umfassend getestet worden war.

„Aufgrund der Ergebnisse der Feldtestauswertungen und der resultierenden Vorteile erwies sich die Umsetzung eines regionalen Flexibilitätsmarkts als effiziente Lösung, um zur Energiewende beizutragen“, sagt Forschungsgruppenleiterin Jessica Hermanns. Parallel zu den Arbeiten am Projekt Flex2Market, das die Niederspannungsebene in den Blick nahm, forschten die Fachleute im Projekt Grid Integration an Lösungen für die Mittelspannungsebene. Die Ergebnisse beider Projekte könnten künftig in einer spannungsebenenübergreifenden Lösung umgesetzt werden.

Projektpartner

• Bergische Universität Wuppertal - Fachbereich E - Elektrotechnik, Informationstechnik, Medientechnik - Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik, Wuppertal
• SPIE SAG, Dortmund
• Elektrizitätswerk Schweiger, Oberding
• Bundesverband Neue Energiewirtschaft e.V. (BNE) (assoziiert)