Digitalisierung des Energiesektors ist Voraussetzung für eine erfolgreiche Realisierung der dezentralen Energiewende.
Für die Umsetzung der Energiewende und der damit verbundenen Klimaschutzziele bis 2050 ist eine intelligente Integration dezentraler Erzeuger, Speicher und Verbraucher in die bestehende zentral ausgerichtete Versorgungslandschaft unverzichtbar. Dies ist nur über digitale Lösungen möglich.
Laut der Deutschen Energie-Agentur „dena“ soll die Digitalisierung des Energiesektors die wesentlichen Lösungen liefern, um die Energiewende durch die Vereinbarkeit von Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit erfolgreich umsetzen zu können. Das Bundeswirtschaftsministerium geht zudem davon aus, dass der Strommarkt die erste voll digitalisierte Branche unserer Volkswirtschaft sein wird.
Dezentrale regenerative Energieversorgung verlangt nach digitalen Lösungen wie intelligente Stromnetze und Big-Data-Anwendungen
Mit dem Ausstieg aus der Kernenergie und dem Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung hat sich die deutsche Energielandschaft in den letzten Jahren erheblich verändert. Ein „zentraler“ Kraftwerkspark mit wenigen Akteuren weicht einer „dezentralen“ kleinteiligen Energielandschaft: Gemäß den Angaben von Trendresearch besitzen heutzutage Privatpersonen und Landwirte 45% der Erzeugungskapazität an erneuerbarer Energie, Energieversorgungsunternehmen dagegen nur noch 12%.
Eine Vielzahl kleinerer Anlagen verlangt nach einer Steuerung, die die Integration der Erneuerbaren Energien bei einem sicheren und stabilen Netzbetrieb erlaubt. Die Erzeugung und der Verbrauch sollen dabei flexibel regional und zeitlich optimiert werden.
Eine der größten Herausforderungen ist dabei die naturgemäße Schwankung der Stromproduktion der dezentralen Erzeuger. Um sie zu bewältigen und in Zukunft eine hohe Flexibilität der Stromnetze zu gewährleisten, müssen Verbrauchs- und Erzeugungsdaten in Echtzeit bereitgestellt werden. Dazu ist die Überführung der bisher analogen in eine digitale Datenermittlung erforderlich. Die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs- und -verteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgung soll mittels der sog. intelligenten Stromnetze erfolgen.
„Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“: Startsignal für intelligente Messsysteme
Eine wichtige Voraussetzung für die Digitalisierung ist das vom Bundestag am 29. August 2016 beschlossene „Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“ (Digitalisierungsgesetz).
Mit dem Gesetz soll die digitale Infrastruktur zur Verbindung von über 1,5 Millionen Stromerzeugern und großen Verbrauchern ermöglicht werden. Im Zentrum des Gesetzes steht die Einführung intelligenter Messsysteme, die die Versorgungsnetze (Strom, Wärme, Gas) mit dem IT-Netz verknüpfen.
Intelligente Messsysteme dienen als sichere Kommunikationsplattform, um das Stromversorgungssystem energiewendetauglich zu machen. Ein Vorteil des intelligenten Messsystems ist, dass es Industrie, Handel, Gewerbe und Privatpersonen ermöglicht, am Lastmanagement teilzunehmen und so sowohl finanzielle Vorteile zu erzielen als auch Flexibilitäten für die Netzstabilität bereitzustellen. So können z.B. einzelne Verbraucher oder Produzenten je nach Netzsituation zugeschaltet oder vom Netz genommen werden.
Big Data: Enormes Potenzial vs. Datenschutz und -sicherheit
Big Data ist die Entstehung und gezielte Zusammenführung sowie Auswertung großer Datenmengen durch den Einsatz digitaler Technik.
Die zielgerichtete Analyse großer Datenmengen stellt ein erhebliches Potenzial für die (Weiter-) Entwicklung von Geschäftsmodellen dar. Dieses Potenzial kann durch die Verknüpfung mit weiteren Daten und mittels Echtzeitauswertung noch deutlich erhöht werden. So können beispielsweise aktuelle Erzeugungsdaten mit zugekauften Wetterprognosen und historischen Marktdaten zusammengeführt werden, um das eigene Erzeugungsportfolio so zu optimieren, dass am Strom- bzw. Wärmemarkt größere Erlöse erwirtschaftet werden.
Wenn jedoch Daten in Echtzeit den Energieverbrauch aufzeigen, besteht auf der anderen Seite die Sorge, dass die Privatsphäre gefährdet ist. So stehen der Grundsatz der „Datensparsamkeit“ und der Schutz der Privatsphäre dem möglichen Nutzen von Big Data-Anwendungen für das Energiesystem und die Wirtschaft entgegen. Das Problem der Datensicherheit stellt einen weiteren wichtigen Aspekt dar. Technische und organisatorische Schutzmaßnahmen müssen ergriffen werden, um den Gefahren von Cyberattacken auf kritische Infrastrukturen im Energiebereich und damit auf die Versorgungssicherheit effektiv entgegenzuwirken.
Von zentraler Bedeutung bleibt also die Abwägung, welches Verhältnis zwischen zentraler und dezentraler Steuerung des Stromnetzes am besten geeignet ist, um einerseits ein robustes Regelungsverhalten zu ermöglichen und andererseits die Auswirkungen von möglichen Cyberattacken zu kompensieren.
SINTEG-Modellregionen als praktisches Labor für Umsetzung intelligenter Energiesysteme mit hoher Hebelwirkung für die Energiewende
„Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“, kurz SINTEG, ist ein im Jahr 2015 ausgeschriebenes Förderprogramm des Bundeswirtschaftsministeriums. Das Ziel ist die intelligente Vernetzung von Stromerzeugung und -verbrauch durch den Einsatz innovativer Netztechnologien und -betriebskonzepten. In insgesamt fünf ausgewählten großflächigen Modellregionen mit unterschiedlichen thematischen Schwerpunkten soll die Realisierbarkeit einer klimafreundlichen, sicheren und effizienten Stromversorgung bei hohen Anteilen fluktuierender Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie demonstriert werden. Die Lösungen aus diesen Schaufensterregionen sollen anschließend als „Blaupause“ für eine breite Umsetzung in Deutschland dienen.
In den Schaufensterregionen arbeiten über 200 Partner in Konsortien zusammen – Unternehmen und Forschungseinrichtungen, aber auch Kommunen, Landkreise und Bundesländer. Investitionen der Projektpartner in „Modernisierungsmaßnahmen“ und innovative Technologien in den Modellregionen werden mit 230 Millionen Euro über einen Projektzeitraum von vier Jahren gefördert. Dabei wird eine hohe Hebelwirkung des Förderprogramms erwartet, denn für jeden eingesetzten Euro Fördergeld sind ca. 1,6 Euro zusätzliche Investitionen der Unternehmen zu erwarten. Insgesamt sollen durch das Förderprogramm so rund 600 Mio. Euro in die Digitalisierung des Energiesektors investiert werden.
„Mit diesen Modellregionen forciert die Bundesregierung die Energiewende an der richtigen Stelle“, sagt Andreas Kuhlmann, Vorsitzender der dena-Geschäftsführung. „Die ausgewählten Projekte können ein Aufbruchssignal für die nächste Phase der Energiewende sein. In der ersten Phase ging es vor allem darum, erneuerbare Energien aus der Nische zu holen. Jetzt kommt es darauf an, mit den heute zur Verfügung stehenden Technologien systemische Fragen zu lösen und intelligente Energiesysteme zu schaffen, von der Erzeugung über Transport und Speicherung bis zur Energieeffizienz im Verbrauch. Die Modellregionen werden dafür wichtige Vorbilder und Praxiserfahrungen liefern, davon bin ich überzeugt. Schon allein die Bewerbungsphase hat eine beachtliche Dynamik ausgelöst.“</>
Das zentrale Handlungsfeld der Digitalisierung aller SINTEG-Vorhaben sei aus Sicht der dena zukunftsweisend für eine erfolgreiche Energiewende.
„Die Vorschläge aus den Konsortien sind wirklich beeindruckend. Die beteiligten Bundesländer, Unternehmen und Organisationen haben intelligente Netze als Zukunftsperspektive für sich entdeckt. Daraus kann sich auch eine neue Begeisterung für die Energiewende in den Regionen entwickeln. Das ist der Spirit, den wir für die Energiewende brauchen“, betont Kuhlmann weiter.
Beispiel: Modellregion „WindNODE - Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands“
Das Schaufenster WindNODE (Das Akronym WindNODE ist entstanden aus: Windintegration als Beitrag Nordostdeutschlands zur Energiewende) umfasst die fünf ostdeutschen Bundesländer und Berlin. Ziel ist eine effiziente Integration von großen erneuerbaren Erzeugungskapazitäten, Stromnetzen und Energienutzern auf Basis einer digitalen Vernetzung. Dabei bildet die IKT-Plattform (Informations- und Kommunikationstechnik) eine Klammer, die Erzeuger und Nutzer sowie Stromnetze und Märkte verbindet und Flexibilitäten koordiniert (z. B. verschiebbare industrielle Lasten, Power-to-Heat, Kühlanlagen, Elektromobilität).
In insgesamt neun Arbeitspaketen, sog. Demonstratoren, sollen innovative Anwendungen auf allen Ebenen des vernetzten Energiesystems vorgestellt und miteinander zu einem Gesamtmodell vernetzt werden.
Stromkunden und Kleinerzeuger spielen dabei eine zentrale Rolle: Sie sollen Instrumente und Informationen an die Hand bekommen, mit denen sie aktiv an der Stabilisierung des Systems mitwirken und somit die Energiewende mitgestalten können.
Am Schaufenster WindNODE arbeiten Partner der Energiewirtschaft, der Informations- und der Kommunikationstechnik mit vielfältigen Energienutzern aus Industrie, Gewerbe und Privathaushalten zusammen. Die Projektkoordination wurde von dem Netzbetreiber 50Hertz übernommen. Zu den Projektpartnern zählen unter anderem die Verteilnetzbetreiber wie Stromnetz Berlin und WEMAG sowie verschiedene Technologiekonzerne, Stadtwerke und Unternehmen der Wohnungswirtschaft. Aber auch Energieanwender in Schlüsselindustrien wie Automobil, Chemie und Halbleitern, hoch innovative kleine und mittlere Unternehmen sowie Clean-Tech-Spezialisten, wie unter anderem die ENERTRAG AG, sind an dem Projekt beteiligt.
Digitalisierung: Energie neu denken und Potenziale der Energiewende nutzen
Die Digitalisierung eröffnet neue Chancen, indem sie die Akzeptanz für die Energiewende in der Bevölkerung über regional ausgerichtete Modelle oder über direkte Bürgerbeteiligungen erhöht. Neuen wie etablierten Unternehmen eröffnet die Digitalisierung die Möglichkeit, Energie neu zu denken und alte Grenzen zu überwinden.
„Wir brauchen einen Perspektivwechsel – weg von rückwärtsgewandten Problemdebatten, hin zu einem neuen, frischen Blick, der uns die Potenziale der Energiewende erkennen und nutzen lässt“, unterstreicht Andreas Kuhlmann von der dena.
Zu dieser Erweiterung der Perspektive gehöre laut dena auch, die Energieversorgung ganzheitlich als Zusammenspiel von Strom und Wärme, von Gebäuden, zentralen und dezentralen Kraftwerken, Produktionsstätten und dem Verkehr zu verstehen.
Quelle: Berlin Partner für Wirtschaft und Technologie GmbH, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Deloitte Deutschland, Deutsche Energie-Agentur dena, Energieagentur Rheinland-Pfalz, Weltenergierat Deutschland, wikipedia Deutschland, Dezember 2016
