Intelligente Stromnutzung: flexible Lasten clever regeln

In Zeiten der Energiekrise ist intelligente Stromnutzung besonders wichtig. Eine Forschungsgruppe um Professorin Stephanie Uhrig von der Hochschule München (HM) zeigt, wie sich flexible Lasten – beispielsweise Wärmepumpen und Ladepunkte für die Elektromobilität – intelligent regeln lassen. Beauftragt haben das Vorhaben die Stromnetzbetreiber LEW Verteilnetz und Stromnetz Berlin sowie der Mobilfunknetzbetreiber e*Message.

Warum nutzen wir Energie nicht genau dann, wenn sie erzeugt wird? Diese Frage stellte sich Prof. Dr. Stephanie Uhrig am Institut für Nachhaltige Energiesysteme (ISES). Gemeinsam mit der HM-Projektmitarbeiterin Veronika Barta und Sonja Baumgartner vom Netzbetreiber LEW Verteilnetz entwickelt und forscht sie am Projekt "Flair²" (Flexible Anlagen intelligent regeln).

"Die zunehmende regenerative Energieversorgung, etwa durch Photovoltaik auf dem eigenen Hausdach, sorgt für stark variierende Einspeisung", erläutert Uhrig die Ausgangssituation der Forschung. Direkt genutzt wird der erzeugte Strom aber nicht unbedingt in den Zeiten der Erzeugungsspitzen. Das Ausregeln von Einspeisung und Verbrauch ist für Netzbetreiber sehr aufwendig. Bisher erfolgt die Speicherung eines Zuviel an Energie etwa über Pumpenspeicherkraftwerke. Das ist jedoch nicht ohne Energieverlust möglich.

Stromnutzung verbessern

Demgegenüber stehen sogenannte flexible Lasten – dazu zählen Wärmepumpen, Speicherheizungen, Ladepunkte für Elektromobilität und neuerdings auch Klimaanlagen –, deren Strombedarf sich variabel innerhalb bestimmter Zeitfenster decken lässt. "Genau hier greift das Forschungsprojekts Flair²", so Uhrig. "Damit können wir vor Ort auf die Herausforderungen von dezentralen Erzeugungsanlagen mit steuerbaren Verbrauchseinrichtungen wie Wärmepumpen und Wallboxen für E-Mobilität reagieren.“ 

Lassen sich Erzeugung und Verbrauch lokal überlagern, hat dies eine bessere Nutzung des bestehenden Stromnetz zur Folge. "Das ist für uns als Verteilnetzbetreiber ein wichtiger Aspekt bei der Transformation hin zu einem Energiesystem mit vielen dezentralen Stromerzeugern in der Fläche", ergänzt Baumgartner, die das Projekt bei LEW Verteilnetz koordiniert.

Feldversuch in Stadt und Land

Herzstück des Konzepts sind Steuerboxen inklusive des intelligenten Flair²-Moduls. Im Rahmen eines Feldversuchs, der im Dezember 2021 startete, wurden damit mehr als 70 Haushalte ausgestattet. Verteilt sind diese auf das ländliche Gebiet von LEW-Verteilnetz im Südwesten Bayerns und auf das städtisch geprägte Berliner Stromnetz. Um valide Messergebnisse zu erzielen, werden minütlich Spannungs- und Strommesswerte aus den Steuerboxen pseudonymisiert an die Hochschule München gesendet.

Die Analyse der im Feldversuch bereits generierten Messdaten zeigt, dass sich die Netzsituation – das Verhältnis von Last zu Erzeugung – zwischen Stadt und Land, aber auch in einem Straßenzug deutlich unterscheiden kann. "Darauf können wir mit dem Flair²-Modul situationsgerecht netzdienlich Einfluss nehmen und dabei vertraglich vereinbarte Freigabezeiten der Netzbetreiber sowie Mindestladezeiten der flexiblen Anlagen berücksichtigen", erläutert Uhrig. Aus der Menge von Lastprofilen, die der Feldversuch liefert, lassen sich wesentliche Szenarien ableiten, in denen die Flair²-Steuerung bestehende Netzkapazitäten optimal auslastet.

Eigenverbrauch optimieren

Durch die lokale Messung am Haushalt werden individuelle Fahrpläne für die Verbrauchseinrichtungen des jeweiligen Haushalts von einem Algorithmus errechnet. "Das hat unterm Strich nicht nur Vorteile für den Netzbetreiber, sondern auch für die Verbraucher selbst", betont Uhrig. Diese profitieren von den reduzierten Netzentgelten für regelbare Lasten. Und sie können mithilfe eines Home-Energy-Management-Systems selbst entscheiden, welche Verbrauchseinrichtung gerade Priorität haben soll.

Das Forschungsprojekt Flair², dessen Laufzeit noch bis November 2023 angesetzt ist, realisiert damit drei Ziele. Es vermeidet Energieengpässe, es mildert Leistungsspitzen ab, und es macht das System insgesamt unempfindlicher. Vor allem in Zeiten der Energiekrise wird es damit zum wichtigen Baustein eines dezentral und regenerativ aufgestellten Energiesystems.

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