Intelligentes Energiemanagement für einen optimierten Anlagenbetrieb in Städten und ihren Versorgungsnetzen

Eine steigende Anzahl von steuerbaren Verbrauchseinrichtungen im Endverbraucher-Segment erfordert zunehmend automatisierte Lösungen. Diese müssen kostengünstig und mit einfacher Bedienung ermöglichen, Energieanlagen auch ohne Fach-Expertise managen zu können. Die Komplexität der Systeme steigt durch die Sektorenkopplung Strom-Wärme-Verkehr und eine Vielfalt von Datenschnittstellen. Hierdurch steigt auch der Bedarf an ganzheitlichen Lösungen, die einfach von den Nutzern bedient werden können.

Die vom Fraunhofer IEE entwickelte Software »EnergyPilot« findet die Lösung in der Digitalisierung und bietet ein ganzheitliches, sektorenübergreifendes Energiemanagement für erneuerbare Erzeugungs- und Verbrauchsportfolios an. Für das Erzeugungsmanagement bietet das Modul »EnergyPilot-Generation« die Möglichkeit, den Einsatz von Erzeugungsanlagen optimal zu planen und bezieht dabei Energiepreise und Grenzkosten ein. Dabei werden auch Speicher und Lasten mit Eigenverbrauch berücksichtigt. Das Modul wird derzeit bereits von einem Direktvermarkter in seinem Virtuellen Kraftwerk zur Planung des kurzfristigen EE-Anlageneinsatzes an den Strombörsen eingesetzt.

Auch für das Lastmanagement ist der »EnergyPilot« gewappnet. Das Modul »EnergyPilot-Consumption« ermöglicht bereits die cloud-basierte Planung und Steuerung von Energieeinrichtungen im Endverbraucherbereich, wie beispielsweise in Quartiersmanagement-Systemen. Dieses Modul wird in Testanwendungen für das vorausschauende ladestationsübergreifende Lademanagement von Elektrofahrzeugen eingesetzt. Derzeit werden neue Module der Software für die dezentrale Anwendung, außerhalb der Cloud, entwickelt.

Durch die Steigerung der Anzahl von Anlagen, die Energie auf der Basis von erneuerbaren Quellen erzeugen, ist die Komplexität des Stromnetzbetriebes in allen Spannungsebenen in den letzten 10 Jahren massiv gestiegen. Hier ist vor allem die Verlagerung von der Stromerzeugung aus konventionellen Stromkraftwerken hin zu vielen verteilten Erzeugern relevant. Diese vielen kleineren Anlagen, die in die verschiedenen Spannunsebenen einspeisen, verstärken den Trend der steigenden Komplexität. Hinzu kommen zukünftig neue Arten von zusätzlichen Stromverbrauchern wie zum Beispiel Wärmepumpen und die Elektromobilität mit zu erwartenden starken Gleichzeitigkeiten. Diese neuen Herausforderungen benötigen neuartige Konzepte der Organisation und Koordination des Netzmanagements. Die verfügbaren Flexibilitäten der unterschiedlichsten Erzeuger und Verbraucher müssen mithilfe von Zustandsschätzungen und –prognosen planbar gemacht werden und mithilfe von Optimierungswerkzeugen koordiniert werden.

Die Anzahl der flexiblen Erzeuger und Verbraucher ist besonders auf der Niederspannungsebene enorm hoch. Viele dieser Kleinstflexibilitäten sind innerhalb von Smart-Homes-Anwendungen zu finden, was eine Optimierung auf mehreren Ebenen mit anschließender Aggregation notwendig macht. Das Netzmanagement baut auf Daten des Energiemanagements in Gebäuden und Quartieren auf und nutzt diese für eine Analyse und Netzzustandsbestimmung, um mit den bereitgestellten Flexibilitäten der Energieanwendungen eine Netzoptimierung zu erreichen.

Dieses Verfahren konnte in bereits initiierten Projekten mit Partnern in Beispielanwendungen gebracht werden und somit die Flexibilisierung sowie die Automatisierung von Nieder- und Mittelspannung vorangetrieben werden.