Flexibilität im Stromnetz
Mit innovativen Lösungen schaffen wir ein flexibles Übertragungsnetz für ein CO2-neutrales Deutschland.
Die Energiewende fordert die Netze heraus
Warum das Übertragungsnetz flexibler werden muss
Um der Klimakrise zu begegnen, hat sich Deutschland dem Ziel der Netto-Null-Emissionen verschrieben. Dies ist nur durch den vollständigen Umstieg auf erneuerbare Energien anstatt fossiler Brennstoffe zu erreichen – mit massiven Auswirkungen auf das Übertragungsnetz:
Herausforderung 1: Engpässe beim Energietransport
Auf Gas, Öl und Kohle zu verzichten, bedeutet nicht, einfach nur Windkraft- und Solaranlagen ans Netz anzuschließen. Das Problem: Im Norden Deutschlands wird ein Überschuss an erneuerbarer Energie erzeugt, während im Westen und Süden die erzeugte Menge zu gering ist, sodass der Strom aus dem Norden dorthin transportiert werden muss. Das Übertragungsnetz verfügt jedoch über nur begrenzte Kapazitäten, sodass nicht die vollständig benötigte Strommenge weitergeleitet werden kann.
Herausforderung 2: Verdopplung des Stromverbrauchs
Die Dekarbonisierung bedeutet eine massive Elektrifizierung. Berechnungen zeigen, dass sich der Stromverbrauch bis 2045 etwa verdoppeln wird. Das ist eine technische Herausforderung für das Übertragungsnetz nie dagewesenen Ausmaßes – während gleichzeitig dessen Bedeutung für die Energieversorgung enorm zunimmt.
Herausforderung 3: Speichermöglichkeiten für Energie
Die Produktion erneuerbarer Energien ist wetterbedingten Schwankungen unterworfen. Die Möglichkeiten, überschüssigen grünen Strom zwischenzuspeichern und bei späterem Bedarf rückzuverstromen, sind derzeit noch begrenzt. Daher bedarf es neuer technologischer Antworten, etwa zur Verwendung von mobilen Batteriespeichern mit der Möglichkeit, Energie wieder in das Netz einzuspeisen (bidirektionales Laden).
Die Antwort: mehr Flexibilität im Übertragungsnetz
Digitalisierung und intelligente Vernetzung
Auf die genannten Herausforderungen muss das Übertragungsnetz der Zukunft Antworten liefern. TenneT geht mit innovativen Lösungen voran und schafft die Grundlagen dafür, dass eine CO2-neutrale Energieversorgung möglich wird. Im Kern muss das Netz dabei flexibler genutzt werden können bei gleichzeitiger Sicherstellung der Versorgungssicherheit. Im Wesentlichen kommt es dabei auf die Digitalisierung des Netzes an, um Energiebedarfe und -einspeisung intelligent zu steuern. Vor allem der Einsatz kleinerer, dezentraler Flexibilitäten, z.B. der mobiler Batteriespeicher von Fahrzeugen, kann hier einen Beitrag leisten. Bedingung dafür ist jedoch die digitale Vernetzung der genutzten Flexibilitäten mit dem Übertragungsnetz und ein sicherer Datenaustausch.
Klimaziel Deutschland
- CO2-neutral bis 2045
Klimaziel Europa
- CO2-neutral bis 2050
Die drei Bereiche der Flexibilisierung des Stromsystems
Verkehr - Wärme - Industrie
Industrie: Auch industrielle Wärmepumpen können ihren Strombezug verschieben. Der künftige Einsatz von Wasserstoff in der Industrie eröffnet neue Möglichkeiten für die Energiespeicherung und spätere Wiedereinspeisung.
Wärme: Mit dem Einsatz von Wärmepumpen für das Heizen von Gebäuden steht ein elektrisches System zur Verfügung, das eine flexible Energienutzung ermöglicht, z.B. durch das Verschieben des Strombezugs.
Verkehr: Im Verkehrssektor können batterieelektrische Fahrzeuge ihren Beitrag zur Energieversorgung leisten – durch die intelligente Nutzung von Fahrzeugbatterien für Energiespeicherung und -einspeisung.
Unsere Pilotprojekte
Innovationen zur Flexibilisierung des Übertragungsnetzes
Beim Pilotprojekt „Bidirektionales Lademanagement – BDL“ entwickelt und erprobt der Übertragungsnetzbetreiber TenneT gemeinsam mit Projektpartnern technologische Lösungen, um die intelligente bidirektionale Ladesteuerung von batterieelektrischen Fahrzeugen für Systemdienstleistungen nutzbar machen zu können. Bei dem Projekt werden Elektrofahrzeuge, Ladeinfrastruktur und Stromnetze mit einem ganzheitlichen Ansatz so miteinander verknüpft, dass die Integration von regenerativ erzeugter Energie in einem zunehmend komplexeren Energiesystem unterstützt und gleichzeitig die Versorgungssicherheit auf höchstem Niveau erhalten wird.
Das Forschungsprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert und ist auf drei Jahre angelegt. TenneT arbeitet dabei mit Partnern aus den Bereichen Automobilindustrie, Ladeinfrastruktur, Energiewirtschaft und Wissenschaft zusammen.
Die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen erhöht gleichzeitig den Flexibilitätsbedarf und damit die Notwendigkeit an neuen Arten von flexibler Stromeinspeisung, um das Stromsystem zu stabilisieren. Diese neuen Flexibilitätspotenziale können unter anderem von dezentralen Speichern und Verbrauchern, wie Wärmepumpen oder batterieelektrischen Fahrzeugen, angeboten werden. Bei entsprechender Steuerung können diese neuen Flexibilitäten einen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung des Stromsystems leisten.
Moderne Viessmann Wärmepumpen sind über eine cloudbasierte IT-Lösung bereits heute in der Lage, durch eine intelligente Steuerung flexibel auf die Anforderungen des Stromnetzes reagieren zu können. Im Projekt „ViFlex“ wird der Einsatz eines Pools an Wärmepumpen mit den Anforderungen des Stromnetzes abgeglichen. Ist es aus Sicht des Übertragungsnetzes vorteilhaft, dann verschiebt die Wärmepumpe bspw. ihren Betrieb (wenn möglich) in Zeiten, in denen auf Grund von Engpässen im Stromnetz die Einspeisung erneuerbaren Stroms reduziert werden müsste. Indem die im virtuellen Kraftwerken gebündelten Wärmepumpen ihren Betrieb anpassen, entlasten sie das Stromnetz und sorgen dafür, dass erneuerbarer Strom nicht „weggeworfen“ werden muss.
Rüdiger L. Thomas, Executive Director Digital Strategy, Microsoft Deutschland GmbH
"Zusammen mit TenneT und unserem starken Partnernetzwerk entwickeln wir technologische Befähigungen für eine leistungsfähige Energiewirtschaft. Dazu gehört auch die Schaffung von Datenräumen, sogenannten „Data Spaces“. In einer künftigen „All Electric Society“ sollen diese eine sichere und souveräne europäische Datennutzung ermöglichen sowie die Grundlage für innovative Geschäftsmodelle und Klimaschutz schaffen."
FAQ
Flexibilität ist die Fähigkeit von Erzeugungs-, Verbrauchs- und Speichereinheiten auf eine aktuelle Netzsituation zu reagieren. Das gelingt den Anlagen durch Anpassung der elektrischen Ein- oder Ausspeisung. Der Bedarf an Flexibilität im Elektrizitätssystem ergibt sich aus der Volatilität und der eingeschränkten Verfügbarkeit von Erzeugung, Nachfrage und Netzkapazität – vom kurzfristigen Ausgleich bis zur langfristigen Bedarfsdeckung im Stromsystem.
Die Kapazitäten des Übertragungsnetzes sind begrenzt. Wird z.B. im Norden Deutschlands mehr erneuerbare Energie in das Netz eingespeist als in den Süden transportiert werden kann, kommt es zu Engpässen – das Netz „verstopft“ und überlastet. Um dies zu verhindern, müssen heutzutage immer wieder z.B. Windräder zeitweise abgeschaltet werden, auch wenn sie eigentlich Strom produzieren könnten. Anderenorts wiederum müssen z.B. konventionelle Gaskraftwerke hochgefahren werden, um Energieengpässe auszugleichen. Netzbetreiber nennen diese Netzeingriffe „Redispatch“. Redispatch sorgt für unnötige CO2-Emissionen sowie hohe Kosten. Künftig kann überschüssige Energie z.B. in Batterien von Elektrofahrzeugen gespeichert werden. Erneuerbare Energieanlagen müssen dann nicht mehr abgeschaltet werden, das Netz wird nicht überlastet. Gleichzeitig können die Batterien bei Bedarf Strom ins Netz zurückgeben. Auf diese Weise unterstützen sie die Netzsituation und sorgen dafür, dass keine konventionellen Gaskraftwerke hochgefahren werden müssen.
Durch die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien werden konventionelle, steuerbare Gas- und Kohlekraftwerke in Zukunft immer weniger Strom und damit Flexibilität zum Ausgleich von Erzeugungs- und Lastschwankungen für die Übertragungsnetzbetreiber bereitstellen. Die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren, fluktuierenden Energiequellen erhöht gleichzeitig den Flexibilitätsbedarf und damit die Notwendigkeit an neuen Arten von flexibler Stromeinspeisung, um das Stromsystem zu stabilisieren. Diese neuen Flexibilitätspotenziale können unter anderem von dezentralen Speichern und Verbrauchern, wie Wärmepumpen oder batterieelektrischen Fahrzeugen, angeboten werden. Bei entsprechender Steuerung können diese neuen Flexibilitäten in Summe einen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung des Stromsystems leisten.
Der Netzausbau hat höchste Priorität. Der Ausbau der erneuerbaren Energien muss Hand in Hand mit dem Netzausbau gehen, um den Strom aus erneuerbaren Energien zu den Verbrauchern zu bringen und demzufolge auch Netzeingriffe zu minimieren. Flexibilitäten ergänzen den Netzausbau, um das Übertragungsnetz zu entlasten.
Indem wir erstens die Digitalisierung vorantreiben, d.h. Datenräume schaffen, den Datentransfer sicher und zuverlässig machen sowie Geräte weiter mit neuen smarten Funktionen ausstatten (batterieelektrische Fahrzeuge, Wärmepumpen, Batteriespeicher). Zweitens indem wir Verbrauchern einen Anreiz geben, ihre Flexibilitäten für das Übertragungsnetz zur Verfügung zu stellen (Prosumer).
TenneT geht voran und ist Innovationstreiber. Dazu bringen wir umfassendes technologisches Know-how mit, ausgeprägtes Verantwortungsbewusstsein für die Versorgungssicherheit sowie ein Netzwerk aus starken Partnern, um gemeinsam mehr zu erreichen. Beispiele hierfür sind:
- unsere Networking- und Kollaborationsplattform Digital Data Day
- Equigy – Crowd Balancing Platform: eine vertrauenswürdige Datenplattform, die es Aggregatoren ermöglicht, mit kleineren Flexibilitätseinrichtungen niederschwellig an den Stromausgleichsmärkten in ganz Europa teilzunehmen
- energy data-X – Entwicklung eines Datenraums für die Energiewirtschaft im Rahmen der EU-Initiative Gaia-X
unsere Pilotprojekte BDL, BDL next, unity-e², Spirit-e u.a.
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