CityGrid – Intelligente Energieversorgung einer Stadt
Forschungsbereiche
Forschungsbereiche
Der Binnenforschungsschwerpunkt CityGrid vereint die Forschungsbereiche Wirtschaft und Recht, Energietechnik und Kommunikationstechnik. Sie dienen als Säulen zur Beantwortung interdisziplinärer Forschungsfragen, die im Rahmen des Projekts behandelt werden.
Die heute geltenden Marktbedingungen des Stromsektors werden zunehmend in Frage gestellt. Ursächlich ist der Paradigmenwechsel in der Energieversorgung. Lange galt der Grundsatz „Erzeugung folgt Verbrauch“. Mit dem wachsenden Anteil regenerativer Energien wird es aber zukünftig eine Abkehr von diesem Grundsatz geben. Die Negativfolge daraus: Die Verteilnetze werden vermehrt zum Einspeisenetz und belasten damit die Versorgungssicherheit. Diese geänderten Rahmenbedingungen machen eine Anpassung der heutigen Marktregeln und Geschäftsmodelle unumgänglich.
Diese Situation nimmt der Forschungsbereich Wirtschaft und Recht zum Anlass, neuartige Geschäftsmodelle und datenschutzrechtliche Fragestellungen für eine intelligente Energieversorgung einer Stadt zu untersuchen. Untersuchungsgegenstand ist u.a. die Fragestellung, inwieweit z.B. flexible Verbraucher in den Energiemarkt integriert werden können. Ein Basisansatz kann auch ein Preisanreizmodell sein. Die Kunden sollen durch Flexibilisierung der Strompreise dazu animiert werden, ihren Stromverbrauch an die vorherrschende Netzauslastung anzupassen.
Neben diesem wirtschaftlichen Schwerpunkt stehen insbesondere datenschutzrechtliche Fragestellungen im Fokus, denn vergangene Projekte haben deutlich gemacht, dass bei der Entwicklung neuartiger Technologien vor allem der Datenschutz kaum Berücksichtigung findet. Technisch – z.B. durch Smart Meter– ist es unlängst möglich Informationen über den Stromverbrauch des Kunden zu sammeln und diese ggf. an eine zentrale Stelle zu übertragen. Verhaltens- und Lebensweisen lassen sich damit ohne Weiteres ableiten und kommerzialisieren. Die Gefahr vom gläsernen Bürger wird damit wirklich spürbar. Ein Ziel ist demzufolge einen adäquaten Datenschutz in einem intelligenten Stromnetz sicherzustellen.
Der Forschungsbereich Energietechnik beschäftigt sich mit der kombinierten und bedarfsgesteuerten Bereitstellung und Nutzung von Strom und Wärme. Es werden Konzepte betrachtet, die die Erzeugung und den Verbrauch von Strom und Wärme in einem Stadtgebiet untersuchen. Dafür wird mittels einer Netzberechnungssoftware das Niederspannungsnetz nachgebildet und basierend darauf unterschiedliche Netzsituationen simuliert. Ein variabler Ausbau von Photovoltaikanlagen und die Nutzung von Elektrofahrzeugen werden ebenso betrachtet wie die Integration von Blockheizkraftwerken und der Einsatz von Wärmepumpen. Die Ergebnisse der Netzberechnung werden mit reellen Messwerten aus einem Netzgebiet verglichen um die Güte und die Qualität der Simulation zu verbessern und zu optimieren.
Je nach Situation und Netzgegebenheiten im Stromnetz wird Energie gebraucht oder mehr Energie als benötigt erzeugt. Ein Überschuss an Energie kann dahingehend genutzt werden, zusätzliche Wärme bereitzustellen (z.B. durch eine Wärmepumpe) oder diese für die Ladung einer Batterie zu verwenden. Die benötigte Wärmeenergie hängt wiederum von vielen unterschiedlichen Parametern, wie z.B. der Heizlast eines Gebäudes, dem Nutzungsverhalten des einzelnen Verbrauchers und der Jahreszeit ab.
Die Parameter für eine intelligente Nutzung von Strom und/oder Wärme und die dafür benötigten Entscheidungsparameter werden untersucht und entwickelt. Dafür wird der zeitliche Verlauf des Strom- und des Wärmebedarfs miteinander verglichen und kombiniert. Dies soll die bestmöglichste und effizienteste Lösung für die Nutzung der Energieformen gewährleisten.
Eine zentrale Anforderung eines Smart Grids ist die Kommunikation. Ohne diese gibt es keine Möglichkeit, Informationen über Netzzustände auszutauschen oder eine Steuerung und Optimierung vorzunehmen. Der Forschungsbereich Kommunikation beschäftigt sich daher mit der Bereitstellung einer Kommunikationsplattform. In der Höchstspannungsebene ist eine Kommunikation bereits möglich, wodurch Kraftwerke bedarfsabhängig gefahren werden können. Wichtig ist die Integration der unteren Netzebenen in ein vergleichbares Kommunikationsnetz, was neue Möglichkeiten zur Beeinflussung des Netzes bietet.
Dazu werden verschiedenste Energiemanagementplattformen und -algorithmen in einem Kommunikationsnetz-Simulator anhand unterschiedlicher Szenarien auf ihre Kommunikationseigenschaften geprüft und weitergehend untersucht. Dabei wird auf Themen wie Datenaufkommen, zentrale oder verteilte Datenhaltung, Skalierbarkeit, Kommunikationssicherheit und Güte des Energiemanagements eingegangen.
Da bei einem Informationsaustausch im Smart Grid potentiell private Daten betroffen sein können, ist ein weiterer Schwerpunkt die Privatsphäre. Es wird untersucht, in wie weit gängige Smart Metering und Energiemanagement-Systeme in die Privatsphäre der Nutzer eingreifen. Darauf aufbauend werden Lösungen entwickelt, die einen Eingriff in die Privatsphäre verhindern, ohne dass die Güte des Energiemanagements beeinträchtigt wird.