Die Entwicklung eines sicheren, kostengünstigen und klimaneutralen Energieversorgungsystems ist eine Herausforderung. Während man die Beschaffungsbilanz von Energie heute bereits Kohlenstoffdioxid (CO2)-frei gestalten kann, sind für den Betrieb der Netzinfrastruktur noch konventionelle fossile Kraftwerke erforderlich. Im Projekt „ZO.RRO - Zero Carbon Cross Energy System“ hat das Team am Beispiel des Bundeslandes Thüringen untersucht, wie Erzeuger und Verbraucher in einem optimalen System sektorübergreifend interagieren können, um die für einen sicheren Netzbetrieb erforderlichen Systemdienstleistungen CO2-frei zu erbringen.

Den Schwerpunkt ihrer Arbeiten legten die beteiligten Projektpartner auf die Identifikation und Hebung von Flexibilisierungspotenzialen in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) im Industriesektor. Dazu hat das Projektteam in Konzepten Lösungen entwickelt. Insbesondere forschten die Verbundpartner an den dafür notwendigen Systemdienstleistungen und nutzten dabei energieverbrauchsbedingte CO2-Emissionen als Bewertungsgröße. Prof. Dirk Westermann, Leiter des Thüringer Energieforschungsinstitut an der Technischen Universität Ilmenau, hält fest: „ZO.RRO geht weit über den bilanziellen CO2-Ansatz hinaus und denkt die Energiewende zu Ende.“

So hätten die Partner im Rahmen des Projekts nicht nur ein innovatives, multikriterielles Modell für die Energiesystemplanung unter Berücksichtigung der Energieverteilinfrastruktur entwickelt, sondern es auch hinsichtlich sektorübergreifender Kosten und CO2-Emissionen optimiert.

Das ZO.RRO-Modell rechnet im für die Energiesystemplanung im Rhythmus von 15-Minuten, während die Modellierung der Systemdienstleistungen aus Basis von sekündlichen Simulationsschritten erfolgt. Beide Zeitskalen werden im Modell dann synchronisiert, so dass eine gesamtheitliche Bewertung möglich wird. Auf Basis dieser Arbeiten hat der Verbund ein Werkzeug entwickelt, um eine CO2-freie, stabile Energieversorgung planen zu können und Ansätze abgeleitet wie eine Anwendung insbesondere bei Industrieunternehmen umgesetzt werden kann.

Ergänzendes ZO.RRO Landesprojekt

Das ZO.RRO Landesprojekt wurde vom Institut für regenerative Energietechnik (in.RET) der Hochschule Nordhausen geleitet. Außerdem war das Thüringer Erneuerbare Energien Netzwerk (ThEEN) e.V. beteiligt. Gemeinsam entwickelten sie praktische Lösungen für die Dekarbonisierung der Energieversorgung im industriellen Mittelstand. Das Projekt wurde vom Land Thüringen gefördert.

Für ihre Arbeit hat das Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft das Konsortium mit dem Thüringer Digital- und Open-Source-Preis 2022 am 25. Juni 2022 ausgezeichnet.

Insgesamt sind so 13 Konzepte zur Nutzung von Flexibilitätsoptionen entstanden. Hierzu hat das Team die beteiligten KMU in Branchengruppen eingeteilt und das Flexibilitätspotenzial auf Thüringen hochgerechnet.

Das Forschungsteam ist zu dem Ergebnis gekommen: Hochgerechnet könnten mithilfe der Lastflexibilisierung innerhalb eines Zeitintervalls von acht Stunden die CO2- Emissionen im Energiesystem jedes Jahr um bis zu 170 Tonnen pro Megawatt gesenkt werden. Der entwickelte CO2-Minderungspfad zeigt auf, welche Technologien (Erzeugung durch Erneuerbare Energien, Speicher, Sektorenkopplungstechnologien etc.) bis 2050 in welchem Umfang ausgebaut werden sollten.

Des Weiteren haben die Fachleute den Schluss gezogen: Werden Systemdienstleistungen zukünftig besser berücksichtigt, kann das Potenzial der eingesetzten Technologien stärker genutzt und so der Betrieb von Erzeugungsanlagen optimiert werden. Derzeit können Systemdienstleistungen noch zu bis zu 30 Prozent erhöhten CO2-Emissionen führen. Werden sie jedoch künftig unter anderem durch Lastflexibilisierung erbracht, führt diese wiederum zu CO2-Reduktion und zur Einsparung bei den Gesamtbezugskosten von Energie.

ZO.RRO-Projekt Dokumentationsfilm

„Wir sehen nach wie vor Vorbehalte von Unternehmen, beispielsweise in Bezug auf die Kosten und den Nutzen industrieseitiger Flexibilisierungsoptionen. Außerdem herrscht ein hoher Informationsbedarf, da die wenigsten KMU aufgrund ihrer Größe über einen Energiemanager verfügen. Hinzu kommt, dass es zeitlich aufwändig ist Flexibilitäten zu ermitteln, da jedes KMU sehr spezifische Produktionsprozesse hat. Flexibilitätsoptionen zu erkennen, ist auch deshalb schwierig, da in der Regel in den Betrieben keine allgemeinen Methoden zur Bewertung der Flexibilität vorhanden sind“, erklärt Projektleiter Westermann die Herausforderungen, denen das Team gegenüberstand.

Trotz dieser Hemmfaktoren arbeitet das Ingenieurbüro für Energiewirtschaft daran, dass die entwickelten Konzepte von Energieberatern in Unternehmen genutzt werden. Zudem plant das Unternehmen Trianel, welches vor allem auf Projektentwicklung für Stadtwerke spezialisiert ist ihre Vermarktungsplattform für Flexibilitätsoptionen zu erweitern. Zudem wollen die beteiligten Partner in einem Nachfolgeprojekt eine Methode entwickeln und erproben, um energetische Produktionszwillinge kleiner und mittelständischer Unternehmen verschiedener Branchen zu entwickeln. Auf diese Weise könnten Flexibilitäts- und Energieeinsparpotenziale datenbasiert und damit wesentlich schneller als bisher identifiziert werden. (che/ml)

Förderung

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hat das Projekt ZO.RRO im Forschungsbereich Systemanalyse gefördert. Den Rahmen dafür bildet das 7. Energieforschungsprogramm. Hier finden Sie weitere Informationen zur Forschungsförderung.

Verbundvorhaben: Zero Cross Carbon Energy System

För­der­kenn­zei­chen: 03ET4080A-E

Projektlaufzeit
01.04.2019 30.06.2022 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Systemanalyse

För­der­sum­me: rund 1,8 Millionen Euro

Ergebnisse auf einen Blick

  • Simulations- und Optimierungsmodelle für die sektorübergreifende Energiesystemplanung mit Fokus auf Systemdienstleistungen
  • Vorbereitung eines sektorübergreifenden Energieversorgungssystems, das CO2-minimale Produktionsverfahren bei kleinen und mittelständischen Unternehmen in Thüringen gewährleistet
  • Umsetzung der Konzepte gemeinsam mit Praxispartnern (kleine und mittelständische Unternehmen) in Nachfolgeprojekt geplant