ENavi

Die Transformation der deutschen Energieversorgung hin zu einem defossilisierten Energiesystem ist nicht nur eine technologische Herausforderung, sondern muss als gesamtgesellschaftlicher Prozess verstanden werden. Neben den technischen Bedingungen an die Zuverlässigkeit des Systems müssen die Umweltverträglichkeit, die Wirtschaftlichkeit, die Sozialverträglichkeit und die politische Umsetzbarkeit des Transformationsprozesses beachtet werden. Im Forschungsprojekt ENavi erforschen mehr als 60 Partner aus verschiedenen wissenschaftlichen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Bereichen gemeinsam, welche Handlungsoptionen zur Umsetzung der Energiewende zur Verfügung stehen und welche Auswirkungen diese auf die verschiedenen gesellschaftlichen Bereiche haben. Ziel ist die Entwicklung eines „Navigationssystems für die Energiewende“. INES ist in ENavi an Arbeitspaket 8 „Integration der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr“ und Arbeitspaket 9 „Digitalisierung und IKT“ beteiligt.

Eine umfassende Defossilisierung des Energiesystems erfordert die detaillierte Analyse einer verstärkten Kopplung der Energieverbrauchssektoren. Diese erst ermöglicht einzelnen Sektoren durch den Einsatz erneuerbaren Stromes den Zugang zu erneuerbaren Energien und bietet ein bedeutendes Flexibilitätspotential. Dabei werden technische, wirtschaftliche und regulatorische Aspekte berücksichtigt, bis hin zur Frage, ob und wie die jeweils betroffenen Akteure einbezogen werden können und müssen.

INES entwickelt im Arbeitspaket 8 ein Dialogtool (IDEA), das techno-ökonomische Energiesystemanalysen interaktiven Entscheidungsprozessen und Diskussionsrunden mit den Stakeholdern der Energiewende zugänglich macht. Dafür wird zunächst eine große Menge mathematisch zulässiger Energiesystemlösungen (Stützstellen) mithilfe eines optimierenden Energiesystemmodells vorberechnet und anschließend eine Splinefunktion generiert. Das Tool nutzt diese als Basis, um in Echtzeit die Auswirkung von justierbaren wirtschaftlichen, technischen oder politischen Parametern auf einen optimalen Erzeugungs- und Speicherkraftwerkspark zu illustrieren. Diese Methode wurde bereits implementiert, sodass nun eine Validierung und abschließende Bewertung folgt.

Ein zukünftiges, auf erneuerbaren Energien basiertes Energiesystem verbindet die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr miteinander. Da Windkraft- und Photovoltaikanlagen nicht immer gleichmäßig, sondern volatil Strom produzieren, muss neben der Nutzung von Speichern der Verbrauch an die Erzeugung angepasst werden. Ein direkter Energiemarkt (DEX) kann Preissignale erzeugen, die entsprechende Lastverschiebungen (Wärmepumpen, Aufladung von Elektroautos) anreizen.

In einer im Fachgebiet INES in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IEE aufgebauten Demonstrationsumgebung wird jeder Prosumer durch einen Softwareagenten repräsentiert, der auf Basis heterogener Hardwarekonfigurationen und individueller Verhaltenspräferenzen („subjektive Merit-Order“) an einer Stromhandelsplattform agiert. Ein wichtiger Baustein ist hier die agentenbasierte, automatisierte Beobachtung und Prognose der eigenen Erzeugung, des eigenen Verbrauchs und der relevanten Marktprodukte. Die zu einem Prosumer gehörenden Erzeugungs- und Verbrauchskomponenten werden dabei hardwarenah simuliert. Der optimierte Stromhandel der Prosumer wird auf verteilten OGEMA-Energiemanagementsystemen implementiert.

Im Rahmen des AP9, Digitalisierung und IKT, werden im Realbetrieb verwendbare Kommunikationsstrukturen zwischen Marktteilnehmern und -plattform entwickelt und bewertet. Sicherheit und Stabilität des Systems gegenüber Angriffen und Ausfällen stehen dabei im Mittelpunkt. Neben der Analyse der technischen Umsetzbarkeit sollen insbesondere auch alternative Marktdesigns realisiert, deren Wirkung simuliert und die Resultate für weitergehende Analysen zugänglich gemacht werden.