Betriebsoptimierung und Sektorkopplung von Energiezellen im Verteilnetz: Das war das Ziel des Verbundprojekts RegEnZell unter Leitung der EWR Netz in Worms. Das Forschungsteam legte den Fokus dabei auf den zellularen Ansatz, bei dem Energienetze in unterschiedliche Bereiche, sogenannte einzelne Energiezellen, unterteilt werden. Im Vorhaben untersuchte das Team zwei solcher benachbarten Energiezellen und verbesserte ihr Zusammenspiel zellenübergreifend.

Hintergrund für das Projekt ist, dass immer mehr Strom auf Verteilnetzebene erzeugt und eingespeist wird. Diese Einspeisung insbesondere von Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen ist jedoch nicht konstant, sondern ändert sich tageszeit- und wetterabhängig, was eine Herausforderung für die Stromnetze darstellt. Zusätzlich belasten neue Verbraucher wie Wärmepumpen und Ladeinfrastruktur für Elektroautos die Verteilnetze.

Das Forschungsteam untersuchte zum einen die technische Machbarkeit des zellularen Ansatzes, indem es ermittelte, wie das Ganze im Realbetrieb läuft und wie Schwierigkeiten gelöst werden können. Sie untersuchen, wie die Residuallast, also die Last, die nicht durch die fluktuierenden Stromerzeuger abgedeckt werden kann und aus dem vorgelagerten Netz bezogen werden muss, bei den unterschiedlichen Energiezellen verringert und mehr erneuerbar und regional erzeugte Energie verbraucht werden kann. Zum anderen simulierten die Fachleute, wie die Sektorkopplung mit Power-to-Gas genutzt werden kann, um reale multimodale Energiezellen zu optimieren. Dabei lag der Fokus darauf, überschüssigen Strom in Methan umzuwandeln. Hierbei sind die realen Messdaten der Power-to-Gas-Anlage am Karlsruher Institut für Technologie in die Simulation eingeflossen.

Vielfältige Herausforderungen gemeistert

Als eine große Herausforderung zeigte sich, dass in den Anlagen unterschiedliche Regelungen verbaut sind, sodass die Anlagenansteuerung angepasst werden musste. Auch die Netze zu kalibrieren war nicht einfach, weil die auf Standardlastprofilen basierenden Modelle vom realen Verhalten vieler Abnehmer abwich.

Besonders anspruchsvoll war es für die Fachleute, die einzelnen Energienetze und Anlagen (Strom, Gas, Wärme, Blockheizkraftwerk, Power-to-Gas etc.), die in der Regel in unterschiedlichen, nicht kompatiblen Tools modelliert und simuliert werden, zusammenzuführen. Dazu wählte das Team einen neuartigen Ansatz und koppelte die Modelle in einer neuen spezifischen Software zur Simulation und Optimierung.

Feldtest in Rheinland-Pfalz erfolgreich bestanden

Energiezelle-Modell
© EWR Netz GmbH
Die Grafik visualisiert eine Energiezelle.

Modellstädte des Projekts waren Kirchheimbolanden und Alzey in Rheinland-Pfalz. In diesen betrachteten die Fachleute den Strom-, Wärme- und Gassektor ganzheitlich und konnten bewerten, inwiefern sich die Betriebsoptimierung und Sektorkopplung lohnt: Dabei konnte das Team durch die flexible Steuerung der eingebundenen Anlagen in Alzey die Residuallast um vier Prozent reduzieren. In Kirchheimbolanden ermittelten die Projektpartner ein Optimierungspotenzial von einem Prozent.

Wenn hier zukünftig mehrere Anlagen ihre Potenziale bereitstellen und die Sektorkopplung weitergedacht wird, ließe sich dieses Potenzial nach Einschätzung des Forschungsteams vervielfachen.

Wertvolle Erkenntnisse zum Verteilnetz-Betrieb gesammelt

Der durchgeführte Realbetrieb, in dem die beschriebene Betriebsoptimierung getestet wurde, lieferte darüber hinaus wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten der Anlagen im Allgemeinen, über die Reaktion auf Sollwertvorgaben und Kommunikationsausfälle.

Die Versuche mit der Power-to-Gas-Anlage zeigen, dass sich der Methanisierungsprozess gut eignet, um schnell und flexibel auf Lastwechsel zu reagieren – und das bei sowohl guter Gasqualität als auch guter Bedingungen zur Wärmeauskopplung in das Wärmenetz. Die Methanisierungsanlage mit einer Leistung von 100 Kilowatt wäre demnach bis in den technisch relevanten Megawatt-Bereich nutzbar. Somit wäre die Netzintegration von grünem Methan bereits jetzt möglich und könnte vermarktet werden.

Ob die Forschungsergebnisse praktisch genutzt werden, hängt laut Projektpartnern davon ab, wie Kosten, Aufwand, der rechtliche Rahmen und die Anreize für den Netzausbau gegenüber den Vorteilen der Netz-Optimierung von politischen Entscheidungsträgern gestaltet werden. Die Ergebnisse des Vorhabens zeigen jedenfalls, dass eine Optimierung eine nachhaltige Alternative zum konventionellen Netzausbau sein könnte. (kkl)

Förderung

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hat das Projekt RegEnZell im Forschungsbereich Stromnetze innerhalb des Schwerpunkts Sektorkopplung gefördert. Den Rahmen dafür bildet das 7. Energieforschungsprogramm. Hier finden Sie weitere Informationen zur Forschungsförderung.

RegEnZell – Zellenübergreifende Regionalisierung der Energieversorgung durch betriebsoptimierte Sektorenkopplung

För­der­kenn­zei­chen: 0350062A-D

Projektlaufzeit
01.04.2019 30.09.2022 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Sektorkopplung

För­der­sum­me: gut 2,1 Millionen Euro

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