Stromnutzung intelligenter regeln

In Zeiten der Energiekrise ist intelli­gente Stromnutzung besonders wichtig. Ideal, wenn dies keine aktive Einsparung der Nutzer erfordert, sondern lediglich auf Algorithmen basiert. Eine Forschungsgruppe um Stephanie Uhrig von der Hochschule München 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. Gemeinsam mit Veronika Barta und Sonja Baumgartner vom Netzbetreiber LEW Verteilnetz entwickelt und forscht Uhrig 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 wird ein Zuviel an Energie etwa über Pumpspeicher­kraftwerke gespeichert, was jedoch nicht ohne Energieverlust möglich ist. Dem­gegenüber stehen flexible Lasten – dazu zählen Wärmepumpen, Speicher­heizungen, Ladepunkte für Elektro­mobilität und neuerdings auch Klimaanlagen –, deren Strombedarf variabel innerhalb bestimmter Zeitfenster gedeckt werden kann.

„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.“ Können Erzeugung und Verbrauch lokal überlagert werden, wird das bestehende Stromnetz besser genutzt. „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.

Herzstück des Konzepts sind Steuerboxen inklusive des intelli­genten FLAIR²-Moduls. Im Rahmen eines Feldversuchs, der im Dezember 2021 startete, wurden damit mehr als siebzig Haushalte ausgestattet – verteilt auf das ländliche Gebiet im Südwesten Bayerns sowie auf das städtisch geprägte Berliner Stromnetz. Um valide Messergebnisse für die Forschung zu erzielen, werden minütlich Spannungs- und Strom­messwerte aus den Steuerboxen an die Hochschule München gesendet. Die Analyse der im Feldversuch bereits generierten Messdaten zeigt, dass sich die Netzsituation – das Verhältnis von Last zu Erzeugung – nicht nur zwischen Stadt und Land, sondern auch innerhalb eines Straßenzugs 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. 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 können mithilfe eines Home Energy Management Systems selbst entscheiden, welche Verbrauchs­einrichtung gerade Priorität haben soll.

HS München / JOL

Weitere Infos

• Projekt FLAIR² , Institut für Nachhaltige Energiesysteme ISES, Hochschule München