Energiezukunft mit enera

Ziele und Erkenntnisse

Warum enera?

Beim Umbau der Stromversorgung in Deutschland steht der nächste entscheidende Schritt an. Während die erste Phase der Energiewende vom Aufbau erneuerbarer Erzeugungskapazität geprägt war, geht es künftig vor allem um die effiziente Integration immer größerer Energiemengen aus regenerativen Quellen. Inzwischen wird in Deutschland knapp die Hälfte des verbrauchten Stroms erneuerbar erzeugt. Das führt dazu, dass Netzbetreiber immer häufiger Maßnahmen wie das Abregeln von Windenergieanlagen im Rahmen des Einspeisemanagements ergreifen müssen, um die Netzsicherheit sicherzustellen. Damit wird die grundlegende Herausforderung der Energiewende deutlich: Die Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit eines Systems zu gewährleisten, das überwiegend auf der volatilen Stromerzeugung aus Wind und Sonne beruht.

Der Weg zu einer klimaneutralen und komplett erneuerbaren Energieversorgung ist durch Ziele der Bundesrepublik beim Klimaschutz vorgezeichnet. Daraus ergeben sich tiefgreifende Veränderungen im energiewirtschaftlichen Gesamtsystem. Für den Ausstieg aus Kernenergie und Kohleverstromung hat die Politik einen klaren Fahrplan vorgegeben. Zugleich werden Erneuerbare Energien weiter ausgebaut, was zu großen Herausforderungen im Netzbetrieb führt. Betroffen sind insbesondere Regionen mit hoher Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom.

Im Energiesystem der Zukunft sind statt wenigen konventionellen Großkraftwerken viele regenerative Stromerzeuger eingebunden. Dazu gehören Erzeuger wie Wind-, Photovoltaik-, Biogas- und Wasserkraftanlagen. Im Zuge der Sektorkopplung kommen zudem immer mehr Verbraucher wie Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge, Batteriespeicher sowie Anlagen zur Wasserstoffelektrolyse und Methanisierung hinzu. Mit der Dezentralisierung und Elektrifizierung weiterer Sektoren wie Wärme und Verkehr nimmt die Komplexität des Energiesystems enorm zu. Dieser Wandel ist nur im Zusammenspiel aller beteiligten Akteure effizient zu bewältigen und bedarf aus Sicht von enera einer durchgehenden Digitalisierung und technischen Flexibilisierung des Energiesystems.

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SINTEG - Schaufenster intelligente Energie

enera ist eines von fünf Projekten im Forschungsprogramm „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ (SINTEG). Darin werden Lösungen für eine klimafreundliche, effiziente und sichere Energieversorgung mit hohen Anteilen Erneuerbarer Energien entwickelt und großflächig demonstriert. Das Zusammenspiel aller Akteure im intelligenten Energienetz, die effiziente Nutzung der vorhandenen Netzstruktur und ein geringer Ausbaubedarf in der Verteilnetzebene waren weitere Ziele.

Die Ziele des SINTEG-Programmes hat enera insbesondere durch die umfassende Digitalisierung und Flexibilisierung in der Modellregion, den großflächigen Einsatz innovativer Netzbetriebsmittel und durch die Demonstration eines netzdienlichen Flexibilitätshandels erreicht: Intelligente Energienetze wurden mit intelligenten Marktstrukturen gekoppelt. Zudem liefert enera umfassende Lösungsansätze für die systemische Transformation des Energiesystems bei höchster Versorgungssicherheit und zeigt die Potenziale einer datenbasierten Wertschöpfung auf. Aus dem Projekt resultieren nicht nur neue Wege und Handlungsmöglichkeiten für den Fortschritt der Energiewende. Es ergeben sich auch wirtschaftliche Chancen, wenn Deutschland die Rolle eines internationalen Leitmarktes für die Transformation des Energiesystems einnimmt.

Der Fokus der wissenschaftlichen Begleitung des Projekts war auf die Fragestellung gerichtet, inwieweit sich die in enera entwickelten Lösungsansätze auf Deutschland übertragen lassen. Dabei wurden Optionen zur Gestaltung des regulatorischen und energierechtlichen Rahmens aufgezeigt. Zudem wurde untersucht, welche Anreizmechanismen es braucht, damit innovative Ansätze zur Integration von Erneuerbaren Energien realisiert werden.

Die enera Abschlusspublikation

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Flexibilisierung und Digitalisierung

Das Projekt enera basiert auf einem systemischen Ansatz, der Lösungen aus den Bereichen Netz, Markt und Daten zusammenführt. Um diese Bereiche zu verbinden, war zunächst die digitale Infrastruktur für das künftige Energiesystem in der Modellregion aufzubauen. Die Installation von Kommunikationstechnologie und Sensorik machte es möglich, dass Informationen über dezentrale Erzeuger und Verbraucher sowie zum Zustand im Stromnetz nahezu in Echtzeit vorliegen. Die eigens dafür konzipierte und aufgebaute Daten- und Service-Plattform SDSP führt diese Informationen zusammen und stellt sie für unterschiedlichste im Projekt entwickelte Anwendungen bereit.

Um die Handlungsoptionen der Netzbetreiber im Smart Grid zu erweitern, wurden innovative Netzbetriebsmittel installiert und getestet. Auch automatisierte Prozesse und belastbare Prognosen vergrößern den Spielraum in den Leitstellen. So lassen sich die Kapazität des Stromnetzes optimal ausnutzen und Engpässe im Netz effizient auflösen. Netzbetreibern steht mit dem enera Flexmarkt zudem eine marktbasierte Alternative zum Abregeln von Erneuerbaren Energien bei Netzengpässen zur Verfügung. Dazu wurden Erzeuger und Verbraucher in die digitale Infrastruktur eingebunden. So konnten Netzbetreiber und Vermarkter über ihre Virtuellen Kraftwerke gleichermaßen auf dem Flexmarkt agieren.

Ein Blick hinter die Kulissen

In der vierjährigen Projektlaufzeit ist viel passiert. Unser Blog führt Sie hinter die Kulissen eines vielseitigen und komplexen Projektes. Erfahren Sie, warum enera Barcamps organisierte oder wie der erste Einbau von SAM funktionierte.

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Datenbasierte Wertschöpfung in der digitalen Energiewelt

In der Energiewirtschaft basiert die klassische Wertschöpfungskette bislang auf Erzeugung, Transport, Verteilung und Nutzung von Energie. Durch die Liberalisierung der Märkte gewannen zudem Vertrieb und Handel an Bedeutung. Das Energiesystem wird nun zunehmend digitaler – und damit zugleich effizienter, schneller, dynamischer und flexibler. Dies ist eine Voraussetzung, um große Mengen Erneuerbarer Energie in das System zu integrieren, wie enera beipielsweise durch den umfangreichen Einsatz von Sensorik sowie durch die Demonstration von Smart Grid Operator und Flexmarkt zeigt.

Neben dieser Optimierung der konventionellen Energiewelt entsteht mit der Digitalisierung zugleich etwas komplett Neues: eine datenbasierte Wertschöpfung. Energieverbraucher sind dabei nicht nur Abnehmer sondern auch Produzenten – von Daten. Haushalte, Industrie und Gewerbe erhalten eine neue Rolle und stehen am Anfang der neuen Wertschöpfungskette. Zur neuen Wertschöpfungskette zählt zunächst die Produktion von Daten, die sich aus dem Verhalten von Erzeugern, Energieverbrauchern und Netztechnik ergeben und etwa durch intelligente Messsysteme erfasst werden. Während der Datentransport über Gateways und beispielsweise ein CDMA-Kommunikationsnetz realisiert wird, erfolgt die Speicherung der Daten auf einer smarten Plattform wie der SDSP in enera. Die Rohdaten werden über Plattformen, Mikroservices oder mittels Dissaggregation strukturiert und aufbereitet, so dass sie für Nutzung und Vertrieb bereitstehen.

Zu den in enera entwickelten Anwendungen zählen unter anderem Apps zur Analyse von Energieverbrauch oder Einspeisung, die Nachweisplattform für den Flexmarkt, die Ladesteuerung für E-Auto-Flotten sowie smarte Objekte zur Visualisierung des Stromverbrauchs. Zentrale Anforderungen an jedes Glied dieser Wertschöpfungskette sind die Informations- und IT-Sicherheit sowie der Datenschutz.

In enera wurde die neue digitale Wertschöpfungskette ganzheitlich betrachtet und mit Leben gefüllt. Dazu gehört ein grundlegender Perspektivwechsel. Verbraucher werden nicht nur als Abnehmer von Strom gesehen, sondern als Nutzer von Anwendungen von Beginn an in den Entwicklungsprozess datenbasierter Services eingebunden. Ihre Bedürfnisse bestimmen, wie ein Produkt aussehen und funktionieren soll. In enera waren Privatpersonen ebenso wie Gewerbekunden und Fachexperten aus verschiedenen energiewirtschaftlichen Disziplinen eingebunden, um in zahlreichen Workshops, Barcamps und weiteren Formaten gemeinsam Anwendungen und Geschäftsmodelle auf Grundlage von Daten zu entwickeln.

Neue datenbasierte Geschäftsmodelle sind nur tragfähig, wenn Menschen vom vertrauenswürdigen Umgang mit sensiblen Informationen überzeugt sind. Dazu gehören ein Höchstmaß an Sicherheit durch Security by Design und ein Wahlrecht bei der Datennutzung, insbesondere wenn diese auch außerhalb von energiewirtschaftlichen Zwecken erfolgen soll. Dies kann zum Beispiel eine Fernabfrage sein, ob der eigene Herd noch angeschaltet ist, ob es Auffälligkeiten im Haushalt hilfsbedürftiger Personen gibt oder ein Wasserschaden vorliegt.

Die Voraussetzung für eine datenbasierte Wertschöpfung ist eine Technologie, die große Datenmengen effizient verarbeiten kann um sie dann flexibel und in Echtzeit für unterschiedliche Services bereitzustellen. Statt isolierter Apps und Datensilos bedarf es dazu moderner Plattformtechnologien, die unterschiedliche Mikroservices für viele Anwendungen gleichzeitig verfügbar machen. Wenn die Massendaten mit neuen Methoden wie künstlicher Intelligenz, Machine Learning und Big-Data-Analysen aufbereitet und analysiert werden, ergeben sich viele Optionen, die weit über die Möglichkeiten herkömmlicher IT hinausgehen. Um diese Potenziale zu heben, gilt es gerade in der Energiewirtschaft, ein Bewusstsein für die Chancen von Data Science zu wecken.