Flexibilität im Energiesystem: Warum sie für eine zukunftssichere Energieversorgung unverzichtbar ist
Immer mehr Wind- und Solarstrom sowie die Elektrifizierung von Industrieprozessen und dem Verkehr verändern das Energiesystem grundlegend. Damit die Energieversorgung im Rahmen dieses Wandels resilient und bezahlbar bleibt, wird Flexibilität im System zum entscheidenden Erfolgsfaktor.
Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien verändert sich das deutsche Energiesystem. Immer mehr dezentral einspeisende Energieanlagen liefern Strom, im Bedarfsfall unterstützt von wenigen zentral betriebenen Großkraftwerken. Gleichzeitig wächst der Strombedarf, etwa durch die Elektrifizierung von Industrieprozessen, dem Verkehr und der Wärmeerzeugung in Gebäuden. Elektrizität wird zum zentralen Energielieferanten – und zu einem entscheidenden Sicherheitsfaktor, um Deutschland unabhängiger von Energieimporten zu machen und damit als Wirtschaftsstandort zu stärken.
Mehr Strombedarf, neue Anforderungen
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) trägt den veränderten Anforderungen an das Energiesystem mit gezielten förderpolitischen Weichenstellungen Rechnung. Ziel ist, das Energiesystem durch passgenaue Forschungsförderung entlang von Forschungsmissionen erfolgreich von einer weitgehend zentralen Infrastruktur zu einem komplexen, digital vernetzten Gesamtsystem zu entwickeln.
Flexibilität als Schlüssel für ein zukunftsfestes Energiesystem
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Flexibilität im Energiesystem wird zu einer entscheidenden Voraussetzung für ein sicheres, wirtschaftlich agierendes und klimaverträgliches Energiesystem. Flexible Verbraucher können ihren Strombedarf zeitlich verschieben, Speicher gleichen kurzfristige Schwankungen aus und steuerbare Erzeugungsanlagen stellen Leistung bereit, wenn Wind und Sonne nicht ausreichen. Gleichzeitig müssen Strom-, Wärme- und Wasserstoffsysteme eng miteinander verknüpft werden, um vorhandene Energie möglichst effizient zu nutzen.
Flexibilität als Querschnittsthema in der Forschungsförderung
Die angewandte Energieforschung entwickelt dafür neue Technologien, digitale Lösungen und Systemkonzepte. Im 8. Energieforschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie stehen insbesondere in den Forschungsmissionen Energiesystem und Strom technologieübergreifende Forschungsthemen im Vordergrund. Erzeugung, Verbrauch, Speicherung und Netze müssen intelligent aufeinander abgestimmt werden. Hierfür sind Flexibilitätsoptionen bei allen Akteuren notwendig. Industrieunternehmen und Privathaushalte benötigen unter anderem Lösungen, um flexibel auf Preissignale und Netzsituationen reagieren können.
Im Forschungsprojekt DiGO 2.0 untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beispielsweise, wie das Zusammenspiel verschiedener Systemkomponenten optimiert werden kann. Sogenannte Netzbetriebsplattformen erfassen mithilfe intelligenter Messsysteme Netzbelastungen, um Überlastungen durch gezielte Steuereingriffe zu vermeiden. So könnten Netzbetreiber die Strommengen beispielsweise durch flexible Preise steuern. Das DiGO-2.0-Team entwickelt hierfür eine entsprechende Software. Die Idee dahinter: Wenn im flexibilisierten Stromsystem der Zukunft viel Strom im Netz zur Verfügung steht, wird dieser zu günstigeren Preisen angeboten, die Nachfrage steigt. Im Umkehrschluss kann die Netzbelastung in Spitzenzeiten durch höhere Preise reduziert werden.
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Wie bestehende Batteriegroßspeicher wirtschaftlicher und effizienter betrieben werden können, hat ein Team im Forschungsprojekt Projekt BMSmart untersucht. Das Ergebnis: Durch das Zusammenspiel von präziser Zustandsinformation, modellgestützter Bewertung und optimierter interner Leistungsaufteilung ließ sich die Wirtschaftlichkeit des Speichers deutlich erhöhen.
Auch in den Forschungsmissionen Wasserstoff und Wärme spielen Flexibilitätsaspekte eine gewichtige Rolle. Im Programmziel #4 der Forschungsmission Wärme soll durch Forschungsförderung beispielsweise das Flexibilitätspotenzial des Wärme- und Kältesektors, etwa durch Power-to-Head-Systeme, gehoben werden.
Reallabore der Energiewende bringen Innovationen in die Praxis
Um den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis zu beschleunigen, hat das BMWE unter anderem das Förderformat Reallabore der Energiewende geschaffen. In diesen großen Forschungsverbünden können Wissenschaftsteams neue Technologien, Geschäftsmodelle und regulatorische Ansätze unter realen Betriebsbedingungen testen und weiterentwickeln.
So etwa im Reallabor JenErgieReal. Dort forschen Expertinnen und Experten an konkreten Lösungen für eine erfolgreiche Energiewende in der Stadt Jena. Ziel ist es, den steigenden Strombedarf intelligent zu decken. Im Fokus des Projekts steht der Aufbau eines virtuellen Kraftwerks, in dem die Infrastruktur und die Akteure des urbanen Energiesystems gemeinsam betrachtet werden. Dadurch sollen Energieangebote und -bedarfe optimal aufeinander abgestimmt und Netzüberlastungen vermieden werden.
Im Reallabor der Energiewende DELTA verfolgen Forschende gemeinsam mit Akteuren aus der Praxis das Ziel, Darmstadts Energiesystem flexibler und klimafreundlicher zu gestalten. Einzelne Teilprojekte von DELTA beschäftigten sich unter anderem mit energieoptimierten Wohnquartieren, nutzbarer Industrie-Abwärme, dezentraler Elektrolyse und Flexibilität im Mittelspannungsnetz. Insbesondere eine rasche und effektive Laststeuerung ist für den kostengünstigen und ausfallsicheren Netzbetrieb in Städten essenziell. (it)