Last- und Erzeugungsprognosen – Energiemanagement durch Sektorenkopplung und Speicher
Die Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und -verbrauch ist die Basis für ein stabiles Energiesystem. Während bislang fossile und nukleare Kraftwerke je nach Bedarf einsetzbar waren, sind die dominierenden erneuerbaren Energien im Stromsystem stark wetterabhängig – und damit nicht zeitunabhängig verfügbar. Folglich müssen wir gänzlich neue Konzepte der Systemregelung entwickeln, um Bedarf und Verfügbarkeit in Einklang zu bringen. Ein wesentlicher Grundsatz dieses Energiemanagements: Die Aufgabe der Synchronisation muss von der Erzeugungs- auf die System- und Nachfrageseite – auch unter Nutzung von Speichern – übergehen. Hierbei sind neben dem Energiemanagement bestmögliche Prognosen von Last und Erzeugung essenziell.
Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage
Die Gleichzeitigkeit von Stromerzeugung und -verbrauch ist die Basis für ein stabiles Energiesystem. Weil die dominierenden erneuerbaren Energien im Stromsystem jedoch stark wetterabhängig – und damit nicht zeitunabhängig verfügbar – sind, müssen wir gänzlich neue Konzepte der Systemregelung entwickeln, um Bedarf und Verfügbarkeit in Einklang zu bringen.
Wir nutzen statistische Methoden und Künstliche Intelligenz, um Lastgänge in Gebäuden, Quartieren und Liegenschaften möglichst zeitlich hochaufgelöst analysieren und prognostizieren zu können. Dazu setzen wir Messmittel ein, deren Design speziell auf diesen Einsatz in den Objekten zugeschnitten ist. Mit Hilfe unserer Werkzeuge ist es auch möglich, komplexe Lastgänge zu disaggregieren, also in einzelne Teillasten aufzulösen. Diese Daten dienen im Anschluss als Grundlage für ein geeignetes Energiemanagement.
Zur Optimierung von Erzeugungsprognosen entwickeln wir zudem Methoden für die Vorhersage von Photovoltaikleistung. Dafür haben wir im Nordwesten Deutschlands das Wolkenkamera-Netzwerk Eye2Sky installiert, das sich methodisch auf beliebige Regionen übertragen lässt. Eine besonders hohe Datenqualität erzielen wir durch die Kombination der Kameradaten mit boden- und satellitengestützten Informationen sowie numerischen Wettermodellen. Dadurch sind die Vorhersagen hochaufgelöster und robuster als bisherige Verfahren und können beispielsweise zur Verbesserung der Betriebsführung von Stromnetzen beitragen.
Die Erzeugung und Rückverstromung von chemischen Energieträgern kann die Energiebereitstellung in räumlichen und zeitlichen Sonderfällen sicherstellen. Im Verbund mit Beteiligten aus der Wirtschaft treiben wir die dafür erforderliche Technologieentwicklung voran.
Energiemanagement durch Sektorenkopplung und Speicher
Bei der Entwicklung von technischen Lösungsansätzen für die zeitliche Synchronisation von Angebot und Nachfrage unterscheiden wir am Institut für Vernetzte Energiesysteme zwei unterschiedliche Zeitskalen:
Flexibilitätsoptionen
Auf den kurzen Zeitskalen üblicher Systemregelungen in der Größenordnung von Sekunden bis Stunden bietet insbesondere die Sektorenkopplung großes Potenzial zur Synchronisation von Nachfrage und Verbrauch. So erforschen unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler flexible Laststeuerungen in Quartieren und Gebäuden, zum Beispiel durch die smarte Anbindung elektrischer Fahrzeuge an das Stromnetz, durch flexibilisierten Betrieb von stromgekoppelten Heizungsgeräten und durch modellgestützte Betriebsführungsoptimierungen komplexer Systeme, zum Beispiel Quartierslösungen. Weitere Lösungsansätze liegen in batteriebasierten Speichersystemen oder innovativen Kraftwerksansätzen zur Regelleistungserbringung.
Versorgungssicherheit
Zur Sicherstellung der ganzjährigen Versorgungssicherheit entwickeln wir Lösungen für längerfristige Effekte (zum Beispiel sogenannte „Dunkelflauten“) sowie für den saisonalen Ausgleich (zum Beispiel winterlicher Mehrverbrauch durch Heizenergie). Für die nationale Ebene fokussieren wir uns dabei primär auf die wasserstoffbasierte Energiespeicherung in Gaskavernen. Hier erforschen wir zum einen die Kopplung der Gas- und Stromnetze mit dem Ziel eines integrierten Gesamtsystems. Zum anderen betrachten wir die technischen Aspekte bei der Umstellung der Infrastrukturen von Kavernen und Pipelines.
Wir entwickeln Technologien und Betriebsführungskonzepte, die die nötige Erzeugungs- und Verbrauchs-Flexibilität erbringen können, um die zunehmend nicht-deterministische Erzeugung mit dem Lastgang zu synchronisieren.
Weitere Handlungsfelder am Institut für Vernetzte Energiesysteme
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Aktuelle Forschungsprojekte aus dem Handlungsfeld Ausgleich von Energieangebot und -nachfrage
