Innovation und Energiezukunft - Projekt Flower.Power

Digitale Assistenten vernetzen und planen den Betrieb der unterschiedlichen Elemente des Haushalts, darunter zum Beispiel eine PV-Anlage, Heizung, E-Mobilität und Energiespeicher. Diese Elemente liefern eine Vielzahl an Informationen, auf deren Grundlage ein Managementsystem den gesamten Haushalt energetisch selbstständig optimiert und damit die Bewohner entlastet. Digitale Schnittstellen ermöglicht hochautomatisiert eine gezielte Bereitstellung von Flexibilitätsangebot für Netzbetreiber und Energiehändler, ohne das Komfortniveau der Bewohner zu schmälern.

In einer online einsehbaren Übersicht, dem digitalen Dashboard, werden Energieerzeugung und -verbrauch der Gemeinde grafisch aufbereitet. Alle Erzeugungsanlagen sind nach Art der Erzeugung gruppiert. Der Verbrauch wird für Privathaushalte, öffentliche Gebäude sowie Gewerbe und Industrie aufgezeigt. Daraus ergibt sich ein individuell ermittelter Grad der Eigenversorgung für die Gemeinde. Der EnergieMonitor stärkt das Energiebewusstsein und erhöht die Transparenz.

Neben der Gaming-Welt wird virtuelle Realität auch im Netzbereich eingesetzt. Durch eine spezielle VR-Brille können Umspannwerke virtuell betreten und beispielsweise das Datenblatt von dem betrachteten Transformator eingesehen werden. Schulungen und Projektierung können damit erheblich vereinfacht werden: Anlagen werden virtuell nachgebaut und können nahezu ortunabhängig gesichtet und bedient werden.

Unsere intelligenten Ortsnetzstationen können heute deutlich mehr als der „klassische“ Ortsnetztransformator. Sensoren erfassen den Netzzustand rund um die Station und Kommunikationstechnik leitet diese Informationen in Echtzeit z.B. an die Netzleitstellen weiter. Fernsteuerbare Schalter ermöglichen von dort gezielte Umschaltungen im Netz und eine schnelle Wiederversorgung im Störungsfall. Ein regelbarer Ortsnetztransformator reguliert die Netzspannung in Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Last- oder Einspeisesituation.  

Die Energieerzeugung der Zukunft ist dezentral und basiert vorwiegend auf erneuerbaren Energieträgern. Diese findet im Wesentlichen im ländlichen Raum statt. Man kann zahlreiche PV-Anlagen erkennen, auch für die Eigenversorgung von Privathäusern und Bürogebäuden. Die in großen Freiflächen-PV-Anlagen, in einer Wind-Farm sowie einem Laufwasserwerk erzeugte Energie wird aus dem Umland in die Stadt transportiert. Damit gibt es einen regionalen Energieaustausch zwischen Stadt und Land.

Überschüssiger Strom wird über das Stromnetz abtransportiert, an dem auch große Industrieunternehmen angeschlossen sind. Zur sicheren Versorgung der Industrieunternehmen mit Prozesswärme und Strom trägt zusätzlich ein Gaskraftwerk bei. Ein Blockheizkraftwerk versorgt eine Wohnsiedlung mit Strom und Wärme und kann flexibel eingesetzt werden.

Teil der Energiezukunft sind auch große Speicher, die überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen speichern. Somit erhöht sich die Eigenversorgung der Stadt und Energieexporte sowie -importe werden reduziert. Eine weitere Speichermöglichkeit bietet eine Power-to-Gas Anlage. Dort wird Strom in Gas umgewandelt und in Gastank eingespeichert oder ins Gasnetz eingespeist.  

Elektrische Mobilität ist wesentlicher Bestandteil der künftigen Energiewelt. Fahrzeuge tanken kurzfristig und schnell Strom. Das ist im sog. „E-Café“ dargestellt. Während die E-Autos mit hoher Leistung laden, können die Fahrerinnen und Fahrer einen Kaffee trinken oder einen schnellen Einkauf erledigen. Die Ladeinfrastruktur wird vom Bayernwerk gestellt.

Andere Anwendungen (z.B. elektrische Autos, Busse, Fahrräder, landwirtschaftliche Maschinen, Kehrroboter) können zu Hause oder am Arbeitsplatz ans Stromnetz angeschlossen und geladen werden. Die Besitzer stellen Speicherkapazität zur flexiblen Nutzung zur Verfügung. „Flexibilitätsmanager“ ist Bayernwerk.

Welchen Einfluss die Integration der Elektromobilität und ein bidirektionales Laden auf die Netzinfrastruktur hat und welche Möglichkeiten sich daraus zur Verbesserung der regionalen Energieversorgung und Versorgungssicherheit ergeben, hat Bayernwerk in einer Erweiterung der Flower.Power-Studie untersucht.

Die Welt wird zunehmend digitalisiert, fernsteuer- und -beobachtbar. Dies erfolgt dank einer digitalen Infrastruktur bestehend aus Sensoren und Aktoren über verschiedene Kommunikationswege (z.B. Funk, Glasfaser, Powerline). Die Vernetzung von kleinteiligen dezentralen Erzeugern und Verbrauchern in Echtzeit wird durch diese neue Infrastruktur erst möglich und trägt wesentlich zur Energiewende bei. Somit kann Flexibilität gezielt eingesetzt werden und leistet einen wesentlichen Teil zur Sicherstellung der lokalen Versorgung.

Auf dem Bild können zahlreiche funkende Elemente gefunden werden, z.B. Fahrzeuge, Mülltonnen, Gebäude. Durch diese Kommunikationsinfrastruktur ist eine Echtzeiterfassung und -steuerung von Erzeugern und Verbrauchern möglich. Darüber hinaus bieten sich weitere Services für Bürger und Kommunen an, wie zum Beispiel Informationen zum Füllstand von Mülltonnen oder defekten Straßenlaternen. Neue Technologien werden auch immer präsenter und unterstützen oder übernehmen eine steigende Anzahl an Aufgaben.  

Mit Hilfe des Sankey-Diagramms in der Netzleitstelle ist jederzeit zu sehen, wie viel Strom die unterschiedlichen Erzeugungsarten (Wind, PV, Biomasse etc.) produzieren und wo der Strom verbraucht wird (Smart Home-Anwendungen, E-Mobilität, Straßenbeleuchtung, Speicher). Der Bayernwerk EnergieMonitor, in der Hand des Bürgermeisters auf dem Marktplatz, liefert Echtzeit-nahe Verbrauchs- und Erzeugungsdaten und schafft damit auch für die Bürger Transparenz.Weitere Hinweise zum regionalen Energiemix liefert die kostenlose Bayernwerk ökoHeld App.

In der zukünftigen Energiewelt können sich Kommunen sowie Bürgerinnen und Bürger im Bayernwerkgebiet selbst mit umweltfreundlicher Energie aus der Nachbarschaft versorgen. Damit kann lokal erzeugte Energie auch direkt vor Ort verbraucht werden. Jeder Energieverbraucher kann selbst entscheiden, wer seinen Strom produziert. Im Bild verkauft der Bauer mit seiner PV-Anlage Strom direkt an lokale Gewerbe und Betriebe - bei uns an die Metzgerei Huber und das E-Café.

Nicht nur das Verbrauchsverhalten ändert sich: Anstatt Strom lediglich zu verbrauchen (Consumer) bzw. zu verbrauchen und zu erzeugen (Prosumer), nehmen die Kunden aktiv an der Energiewelt teil und werden zu Flexumern. Sie nutzen ihren selbst erzeugten Strom flexibel, indem sie überschüssigen Strom speichern, für Mobilität oder zur Wärmeerzeugung einsetzen. Mittels intelligenter Messsysteme können lokal entstehende Flexibilitätsoptionen (z. B. Speicher, E-Autos, Wärmepumpen) nicht nur vermarket, sondern auch für netzdienliche Zwecke gesteuert werden. Als Flexumer leisten Bürgerinnen und Bürger so einen wichtigen Beitrag zur Stabilität der Stromnetze und werden zum zentralen Treiber der Sektorkopplung.  

Eine wesentliche Grundlage für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende ist der konsequente und zügige Ausbau von „Intelligenten Netzen“. Diese Netze zeichnen sich zum einen durch eine hohe Automatisierung des Netzbetriebs aus. Dazu erfassen zahlreiche Sensoren das aktuelle Verhalten des Netzes - z.B. Spannungsmesswerte aus einer „intelligenten Ortsnetzstation” (iONS). Aktoren dienen der Netzsteuerung (z.B. Begrenzung der Ladeleistung von Elektrofahrzeugen) und sorgen für einen sicheren Netzbetrieb.

Weiterhin umfassen „Intelligente Netze“ eine Kommunikationsinfrastruktur zur Verbindung von Netz und Kunden in Echtzeit. Informationen werden erfasst und bedarfsgerecht weitergeleitet. Die Netzleitstelle wird zum Energie- und Informationsmanagementcenter mit einem digitalen Abbild der aktuellen Netzzustände und Energieflüsse in den Regionen. „Intelligente Netze“ zeichnen sich durch eine umfangreiche Beobachtbarkeit und ein hohes Maß an Digitalisierung aus. Klassische Systeme werden durch die Anwendungen des Internet of Things (IoT), künstlicher Intelligenz und moderner Cloud-Architekturen unterstützt oder ersetzt.

Zahlreiche zukünftige Anwendungen und Prozesse setzen „Intelligente Netze“ voraus. Dazu zählt z.B. der Einsatz von Flexibilität, also die bedarfsgerechte Anpassung des Erzeugungs- oder Verbrauchsverhaltens von Einspeiseanlagen, Speichern oder Bezugsanlagen für netz- oder systemdienliche Zwecke. So reagieren z.B. Energiespeicher, dezentrale Erzeugungsanlagen, Elektrofahrzeuge oder Smart-Homes sektorübergreifend auf aktuelle Anforderungen und tragen so zu einer hohen Versorgungssicherheit bei.