Energiewirtschaft im regionalen Kreislauf

Biogasanlage: Im Verbund eines virtuellen Kraftwerks können verschiedene regenerative Energiequellen dezentral zusammengeschlossen und gesteuert werden. - Foto: Vschlichting/Fotolia

Virtuelle Kraftwerke sind geeignet, künftig das Rückgrat der dezentralen und nachhaltigen Energiewirtschaft zu bilden. Zudem können sie ein Motor der regionalen Wertschöpfung sein. In Reutlingen werden die Energiegewinnung und Netzintegration in einem Forschungs- und Demonstrationsprojekt erprobt.

 

Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Zusammenschluss mehrerer kleiner, dezentraler Nutzenergieerzeuger und -verbraucher sowie Energiespeicher. Diese werden von einer zentralen Stelle, der Leitwarte, mithilfe „smarter“ IT-Einheiten (Steuerboxen) und moderner Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) gesteuert. Zum Beispiel können Blockheizkraftwerke (BHKW) und Biomasse-, Solar- oder Windkraftanlagen so gekoppelt werden, dass sie eine Einheit bilden und wie ein „großes“ Kraftwerk fungieren. Aus diesem Grund wird der Begriff „virtuell“ verwendet.

Vorteilhaft sind vor allem zwei Aspekte: Zum einen wird die Nutzenergie dezentral erzeugt und verbraucht. Auf diese Weise werden die beim Energietransport über weitere Strecken unweigerlich auftretenden Verluste stark reduziert. Zum anderen gelingt durch den informationstechnischen Zusammenschluss der dezentralen Anlagen die Integration erneuerbarer Energien deutlich besser. Beide Punkte tragen wesentlich zum Gelingen der Energiewende bei.

In einem virtuellen Kraftwerk erzeugen beispielsweise Blockheizkraftwerke den benötigten Strom dann, wenn Fotovoltaikanlagen diese Aufgabe nicht erfüllen können, zum Beispiel in der Nacht oder bei starker Bewölkung. Die bei der konventionellen Stromerzeugung anfallende Abwärme kann aufgrund der dezentralen Organisation im virtuellen Kraftwerk besser genutzt werden, da keine langen Transportwege zu überwinden sind. Die Einbindung von Wärme- und Stromspeichern ist auf diese Weise einfacher möglich. Aufgrund des regionalen Ausgleichs können sie zudem kleiner ausgelegt werden, was die Wirtschaftlichkeit erhöht.

Zusätzlich wird die sektorübergreifende Kopplung zwischen Strom-, Wärme- und Mobilitätsmarkt erleichtert. Die einzelnen Energieflüsse werden variabler und vor allem zielgerichteter und damit effizienter nutzbar im Vergleich zur bislang vorherrschenden zentralen Energieversorgung (s. Abb. 1 in der Bildergalerie).

Kooperationsnetzwerk „Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb“

Zur Bündelung der Ideen und Aktivitäten zum Thema „Virtuelles Kraftwerk“ wurde für die baden-württembergische Region Neckar-Alb Anfang 2014 das Kooperationsnetzwerk „Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb“ ins Leben gerufen. Das Projekt unter Leitung der Hochschule Reutlingen wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. In diesem Netzwerk haben sich interessierte Unternehmen aus der Industrie und der Energiewirtschaft, verschiedene Forschungseinrichtungen und weitere Institutionen wie der Regionalverband und die Industrie- und Handelskammer zusammengeschlossen.

Das Ziel ist der Aufbau einer Wissens- und Transferplattform für innovative Ansätze zur Umsetzung eines virtuellen Kraftwerks in der Region. So beispielsweise intelligente Steuerungen für das virtuelle Kraftwerk oder Geschäftsmodelle und Dienstleistungen für die beteiligten Firmen und Energieversorger. Neben verschiedenen direkten Kooperationen zwischen den am Netzwerk beteiligten Firmen und Partnern sind bislang vier Forschungsanträge entstanden. Dies stellt einen der Hauptgründe für die Unternehmen dar, sich an dem Netzwerk zu beteiligen.

Einer der drei positiv begutachteten und genehmigten Forschungsanträge ist das Demonstrationsprojekt „Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb“. Im Rahmen dieses Projektes wollen die Partner unter Koordination des Reutlinger Energiezentrums (REZ) an der Hochschule Reutlingen auf dem Campusgelände eine Test- und Demonstrationsumgebung für virtuelle Kraftwerke schaffen. Darin soll die Möglichkeit gegeben werden, neue Produkte und technologische Entwicklungen für virtuelle Kraftwerke in Echtzeit und unter reellen Bedingungen zu demonstrieren, zu testen und weiterzuentwickeln.

Zunächst wird eine Infrastruktur aus unterschiedlichen Energieerzeugungs- und -speicheranlagen aufgebaut, in die sowohl neue Anlagen als bereits bestehende Anlagen und Versorgungssysteme integriert werden. Zusätzlich ist beabsichtigt, externen Teilnehmern etwa aus Gewerbe, Industrie oder kommunalen Einrichtungen die Möglichkeit zum Anschluss ihrer Energieanlagen an den Demonstrator anzubieten. Diese werden dann über die Informations- und Kommunikationstechnologien des virtuellen Kraftwerkes vernetzt und angeschlossen. Auf diese Weise können neben den technischen Aspekten auch unterschiedliche Geschäftsmodelle und zukünftige Marktmodelle unter realen Bedingungen entwickelt und erprobt werden (s. Abb. 2 in der Bildergalerie).

Darüber hinaus verfolgt der Aufbau der Demonstrationsumgebung einen wichtigen gesellschaftspolitischen Ansatz, in dem die Technologien und das virtuelle Kraftwerk der Öffentlichkeit präsentiert und bekannt gemacht wird. Auf diese Weise soll die Akzeptanz, aber auch das Interesse für die sich ändernde Struktur der Energieversorgung geschaffen werden. Dafür ist der Aufbau an einer Hochschule geradezu prädestiniert. Gleichzeitig besteht für die Studierenden und die Dozenten am Reutlinger Energiezentrum die Möglichkeit, in einer „realen Umgebung“ zu forschen, zu lehren und zu lernen.

Das Projekt erhält im Rahmen des Programms „Smart Grids und Speicher Baden-Württemberg“ vom Umweltministerium Baden-Württemberg eine Förderung in Höhe von 400.000 Euro über drei Jahre. Zusätzlich beteiligen sich die Partnerunternehmen mit rund 500.000 Euro an dem Projekt, und das Reutlinger Energiezentrum investiert weitere 400.000 Euro in die Infrastruktur.

Die Rolle der Kommunen und Regionen

Durch den Übergang von einer zentralen zu einer dezentralen Energieversorgungsstruktur verlagert sich die Wertschöpfung mehr und mehr in die Kommunen und Regionen. Neugründungen von regionalen Stadtwerken, der Rückkauf von Stromnetzen sind sichtbare Beispiele dafür, diesen Trend zum eigenen Vorteil zu nutzen. Nicht zuletzt aus diesem Grund sollten Kommunen und Regionen vorangehen bei der Planung und Umsetzung virtueller Kraftwerke.

Hinzu kommt, dass es sich bei der Implementierung eines virtuellen Kraftwerkes um eine komplexe Aufgabe handelt, in die verschiedenste Akteure eingebunden werden müssen. Daher sind übergeordnete Stellen besser geeignet, diesen Prozess zu koordinieren als einzelne Akteure, zumal eine gewisse Lenkungsfunktion erforderlich ist, um die Rahmenbedingungen für den Strukturwandel vorzugeben und an den Zielen der Energiewende auszurichten.

Mirjana Apostolov / Bernd Thomas / Frank Truckenmüller

Die Autoren
Mirjana Apostolov, Bernd Thomas und Frank Truckenmüller sind Mitarbeiter des Reutlingen Research Institute (RRI)