Warum gibt es das Projekt flexQgrid?

Veränderungen im Rahmen der Energiewende, wie…

• Abnahme von Großkraftwerken,
• Zunahme dezentraler Erzeugungsanlagen (z.B. Photovoltaik) &
• Zunahme neuer Verbraucher (z.B. Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen),

…haben Auswirkungen auf das Verteilnetz.

Verteilnetze, die bisher nur passiv waren und den Strom von den großen Kraftwerken bis in die Haushalt verteilt haben, werden zunehmend aktiver. Es gibt bereits heute Gebiete, in denen zu bestimmten Zeitpunkten mehr Strom erzeugt wird als verbraucht. An manchen Tagen kann das Verteilnetz nicht den gesamten erneuerbar produzierten Strom transportieren. Dies birgt folgende Risiken:

• Netzengpässe (ohne weitere Maßnahmen werden Leitungen oder Transformatoren überlastet)
• Abregelung dezentraler Anlagen (Angebot erneuerbarer Energie wird nicht ausgeschöpft)

Unser Ziel ist es diese Risiken zu vermeiden.

Wir arbeiten an intelligenten Lösungen, mit denen Stromerzeugung und Stromverbrauch bereits lokal ausgeglichen werden können und damit weniger Netzengpässe auftreten. Die Koordination von Erzeugungsanlagen und Verbrauchern birgt ein enormes Potential für die Sicherstellung eines stabilen Netzbetriebes. Um dieses Potential zu nutzen, müssen sich die Anlagen entsprechend der Situation im Stromnetz anpassen können, bzw. flexibel sein.

Flexibilität - Was ist das?

Der Begriff Flexibilität fasst Anlagen zusammen, deren Strombezug oder -abgabe nicht fix, sondern steuerbar ist.

Eine optimale Nutzung und Koordination dieser Flexibilitäten stellt den Netzbetreiber vor Herausforderungen, deren Lösung wir im Projekt flexQgrid erarbeiten. Unser Ansatz zum Umgang damit ist die sogenannte Netzampel.

Die Netzampel

Als Steuerungsinstrument für einen gezielten Einsatz der Flexibilitäten kommt die Netzampel zum Einsatz. Mit der Netzampel wird der Netzzustand für Netzbetreiber, Marktteilnehmer und Kunden transparent. Konkret bedeutet dies, dass Anlagen intelligent koordiniert und in Engpasszeiten bedarfsgerecht und automatisiert gesteuert werden, um die Netzsicherheit – und damit auch die Versorgungsicherheit – zu garantieren. Dabei setzen wir bei der Erarbeitung unserer Lösungen auch auf den Austausch mit den Kolleginnen und Kollegen der Netzführung, um sie in ihren immer komplexer werdenden Aufgaben zu unterstützen.

Mit der Verwendung der Netzampel baut flexQgrid inhaltlich auf sein Vorgängerprojekt grid-control auf und nutzt die gewonnenen Erkenntnisse, um die drei Ampelphasen weiter auszugestalten und zu optimieren.

Jede Phase steht für einen Netzzustand.

Hier durch die Ampelphasen klicken.

Projekt flexQgrid Netzampel grüne Phase

In den meisten Fällen steht die Ampel auf grün. Dann können alle Anlagen reibungslos Strom einspeisen oder aus dem Netz beziehen. Mithilfe ihres Energiemanagements können Kunden ganz nach ihren Wünschen den Stromverbrauch optimieren und möglichst viel erneuerbaren Strom nutzen.

Mehr zur grünen Ampelphase

Die grüne Ampelphase steht für einen sicheren und unproblematischen Netzzustand. Das heißt, dass alle Anlagen entsprechend ihres Wunschfahrplans betrieben werden können. Doch trotz einer entspannten Situation in Freiamt kann ein Engpass im vorgelagerten Netz vorliegen. In diesem Fall planen wir die Nutzung der Flexibilitäten im Nieder- und Mittelspannungsnetz zur Unterstützung höherer Netzebenen. Damit tragen wir dazu bei, dass nicht nur Freiamt, sicher mit Strom versorgt wird.

Technischer Hintergrund

Die Nutzung der Flexibilitäten erfolgt in Form eines Flächenkraftwerkes. Dazu wird das Wirk- und Blindleistungspotenzial der verfügbaren Flexibilitäten aggregiert. Dieses wird dann für die Netzführung visualisiert. Außerdem wird ein Abrufkonzept entwickelt, sodass die Leistung der Flexibilitäten gebündelt abgerufen werden kann, um das vorgelagerte Netz zu unterstützen.

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Projekt flexQgrid Netzampel gelbe Phase

Wenn die Prognosen einen Engpass im Netz für die nahe Zukunft erkennen lassen, springt die Ampel auf gelb. Ohne weitere Maßnahmen käme es zu einer Überlastung von Leitungen und Transformatoren. Um dies zu vermeiden, verteilt der Netzbetreiber an alle Akteure im betroffenen Netzgebiet Rahmenbedingungen, die in unserem Fall über eine sogenannte Quote umgesetzt werden. Das Energiemanagement sorgt dann entsprechend der jeweiligen Quote und den hinterlegten Kundenwünschen für eine Lastverteilung im Haushalt, ohne dass Kunden dabei spürbare Nachteile entstehen.
Wenn der Speicher bereits gefüllt ist, können die Nachbarn und deren Speicher sowie E-Autos mit einbezogen werden. Diese Idee wollen wir in Zukunft in Form eines lokalen Marktplatzes umsetzen, sodass sich Nachbarn gegenseitig unterstützen können.

Mehr zur gelben Ampelphase

Schaltet die Ampel auf gelb, ist ein Netzengpass für den Folgetag prognostiziert. Damit bleibt ausreichend Zeit, um die Flexibilitäten so zu koordinieren, dass das Netz entlastet und der erwartete Engpass vermieden wird. Dazu bestimmen wir eine Quote, die darüber Auskunft gibt, wie kritisch die erwartete Netzsituation sein wird und in welchem Umfang die Wunschfahrpläne daher angepasst werden müssen. Für eine optimale Anpassung der Fahrpläne im Sinne der Kunden, erproben wir einen Sekundärmarkt für Flexibilität.

Mehr zur Quote

Die Quote wird für definierte Cluster des Netzes bestimmt. Sie gibt Auskunft darüber, welcher Anteil der installierten Flexibilitäten in diesem Cluster genutzt werden kann, sodass keine Überlastung im Netz auftritt. Dabei werden zwei Quoten bestimmt – eine für Erzeuger und eine für Verbraucher.

Mehr zum Sekundärmarkt

Auf dem Sekundärmarkt können die Teilnehmer ihre Flexibilitäten untereinander frei handeln. So bekommen beispielsweise Speicherbetreiber einen finanziellen Anreiz, ihre Speicher zu laden, damit die PV-Anlagen voll einspeisen können und alle Beteiligten davon profitieren – eine Win-win-Situation, bei der wir die maximal mögliche Energie aus erneuerbarer Erzeugung nutzbar machen. Und auch das Netz gewinnt. Denn wenn die Quote eingehalten wird, ist der Netzzustand stabil. Die Integration und Ausgestaltung eines Sekundärmarktes für Flexibilität bilden eine zentrale Komponente des Projekts.

Technischer Hintergrund

Umgesetzt wird der Markt mithilfe einer Blockchain-Technologie, sodass alle Transaktionen sicher und transparent durchgeführt werden. Neben der technischen Umsetzung werden rechtliche und regulatorische Rahmenbedingungen untersucht. Außerdem werden Anreize identifiziert, die die Attraktivität einer Teilnahme am Sekundärmarkt erhöhen.

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Projekt flexQgrid Netzampel rote Phase

Manchmal läuft aber nicht alles wie geplant. Fällt eine Anlage kurzfristig aus, kann es zu einem plötzlichen Engpass kommen. Die Ampel springt dann auf rot. Nun geben die Systeme allen angeschlossenen Haushalten Sollwerte vor. Die müssen sie einhalten, um den Engpass zu beheben und die Betriebsmittel nicht zu überlasten.

Mehr zur roten Ampelphase

Komponentenausfälle und kurzfristige Abweichungen von Wetterprognosen können dazu führen, dass sich die Anlagen anders verhalten, als geplant. Dies erhöht das Risiko von Netzengpässen. Damit jederzeit ein sicherer Netzbetrieb gewährleistet ist, steuern wir die Flexibilitäten in diesem Fall direkt an und koordinieren sie in der Form, dass sich der Netzzustand entspannt. Da sich die Situationen im Netz stark unterscheiden, macht es die Vielzahl von Anlagen unmöglich, den optimalen Anlagenbetrieb manuell per Hand festzulegen. Aus diesem Grund erproben wir ein intelligentes System, das den Netzzustand in Echtzeit analysiert und Flexibilitäten automatisiert steuert, sobald es eng wird. Damit sind wir auf alle Eventualitäten vorbereitet!

Technischer Hintergrund

Die automatisierte Steuerung der Anlagen übernimmt der Intelligent Grid Operator (PSIngo). PSIngo überwacht die Einhaltung von Kapazitäts- und Spannungsgrenzen. Über Steuerboxen kann PSIngo Anlagen gezielt ansteuern und regeln. Damit der Netzzustand und die Vorgänge im Netz transparent bleiben, wird in flexQgrid die Netzführung mit eingebunden.

Wie flexQgrid Haushalte einbindet

Privathäuser sind im Zuge der Energiewende bereits intelligenter geworden. Viele unserer Kunden haben heute Photovoltaik-Anlagen, Batteriespeicher, Wärmepumpen und Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge. Dies sorgt für ein zunehmend komplexeres Erzeugungs- und Verbrauchsverhalten der Haushalte.

Über ein Gebäudeenergiemanagement können die Anlagen intelligent koordiniert und die Fahrpläne an die Netzkapazität angepasst werden. Daher wird die Quote nicht für einzelne Anlagen, sondern gesamthaft für den Netzanschlusspunkt eines Haushalts vorgegeben. Den Haushalten wird dadurch größtmögliche Flexibilität bezüglich der Kundenwünsche gewährleistet.