Simulationswerkzeug für dezentrale Energienetze: Innovation pur

Wandel in der Energiewelt und datengestützte Geschäftsmodelle simulieren

Die Herausforderung der dezentralen Energienetze

Die Energiewelt befindet sich im Wandel. Eine wachsende Zahl dezentraler Energiequellen wie Solaranlagen und Verbraucher wie Wärmepumpen stellt das elektrische Verteilnetz vor erhebliche Herausforderungen. Gerade kleineren Stadtwerken und Netzbetreibern fehlen die Möglichkeiten, diese Veränderungen zu simulieren und sich auf die neue Energiewelt einzustellen. Hier setzt das Projekt VISE-D an, das von der Universität zu Köln, der TH Köln und der Ruhr-Universität Bochum entwickelt wird. Es handelt sich um ein Open Source Tool, das Simulationen und neue datengestützte Geschäftsmodelle ermöglicht.

Das Potenzial von Daten im Energiesektor

Daten sind der Rohstoff der Zukunft – das gilt auch für den Energiesektor. Diese zu beherrschen ist für kleinere Marktteilnehmer jedoch eine Herausforderung, da es oft an ausreichendem Know-how oder finanziellen Mitteln mangelt. „Wir entwickeln ein leicht zugängliches und übertragbares Modell von Stromverteilnetzen. Es bildet vielfältige technische und ökonomische Aspekte ab, einschließlich des Nutzungsverhalten. Damit lassen sich neue, datengestützte Geschäftsmodelle untersuchen, optimale Regulierungsstrategien identifizieren und die Auswirkungen von Veränderungen im Netz ermitteln“, erläutert Prof. Dr. Marc Oliver Bettzüge von der Universität zu Köln.

Netz- und Marktmodell im Fokus

Im Fokus der Analysen steht dabei das Niederspannungsnetz, also die unterste Ebene des Stromnetzes. Da dessen Gestalt je nach Siedlungsstruktur sehr unterschiedlich sein kann, verwenden die Projektpartner Benchmark-Netze, die sich in anderen Projekten bewährt haben. Darauf aufbauend werden Stromerzeuger und -verbraucher sowie weitere Anlagen wie Photovoltaik-Anlagen, Batteriespeicher, Wärmepumpen oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge im Netz simuliert. Zudem fließen Faktoren wie Netzzustand und Wetterdaten ein.

Neben diesem Netzmodell entsteht im Projekt ein Marktmodell: Dazu sollen zunächst die Akteur*innen des digitalen Energiesystems wie Endverbraucher oder Stadtwerke sowie deren Präferenzen und Bedürfnisse analysiert werden. Anschließend werden Modelle erstellt, um individuelle Interessenslagen abzubilden und den Effekt von neuen Tarifmodellen oder politischen Maßnahmen wie der CO2-Bepreisung zu ermitteln.

Ein risikoarmer Experimentierraum

„Durch diese ganzheitliche Betrachtung von Netz und Markt und der zahlreichen technischen, sozioökonomischen sowie wirtschaftlichen Aspekte können wir eine Vielzahl von Fragestellungen und die verschiedenen Spannungsfelder adäquat adressieren und erforschen. Das Simulationstool wird ein risikoarmer Raum sein, in dem Marktteilnehmer*innen die richtigen Weichenstellungen in einer sich verändernden Energiewelt vorab erproben können“, sagt Prof. Dr. Thorsten Schneiders von der TH Köln.

So sind in den vergangenen Jahren beispielsweise immer mehr Solaranlagen als dezentrale Erzeuger sowie Wärmepumpen und Ladestationen für E-Autos als große Verbraucher an ein Netz angeschlossen worden, das dafür ursprünglich nicht ausgelegt ist. Ziehen die Verbraucher zeitgleich Strom aus dem Netz, droht Instabilität. „Dieser konkreten Problemlage kann durch einen geeigneten regulatorischen Rahmen begegnet werden, etwa indem die Versorger unterschiedliche Tarife anbieten, z.B. mit günstigem Nachtstrom, damit E-Autos eher in dieser Zeit geladen werden, oder mit der stärker invasiven Möglichkeit für Netzbetreiber, Wärmepumpen per Fernzugriff netzdienlich abzuschalten – beide und noch viele weitere Optionen lassen sich mit unserem Tool testen“, sagt Prof. Dr. Andreas Löschel von der Ruhr-Universität Bochum.

Das simulationswerkzeug für dezentrale energienetze

Das Projekt „VISE-Smart Data: Mehrwertgenerierung durch Energiedaten – Trends & Transformationsprozesse“ wird im Rahmen des Virtuellen Instituts Smart Energy (VISE) durchgeführt, einer NRW-weiten interdisziplinären Forschungsplattform unter der Leitung der TH Köln und der Ruhr-Universität Bochum. Das Energiewirtschaftliche Institut an der Universität zu Köln leitet das Teilprojekt VISE-D und verantwortet die Themen Regulatorik und Marktgeschehen. Das Cologne Institute for Renewable Energy der TH Köln untersucht die Auswirkungen auf die technische Infrastruktur, während der Lehrstuhl für Umwelt-/Ressourcenökonomik und Nachhaltigkeit der Ruhr-Universität Bochum das Nutzungsverhalten und Ansätze zur Verhaltensmodellierung untersucht. VISE-D wird unterstützt durch die assoziierten Partner Stadtwerke Troisdorf GmbH, Beenic Buildings Intelligence GmbH, BDEW-Landesgruppe NRW, ASEW GbR und SME Management GmbH. Fördermittelgeber ist das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Die Rolle der TH Köln im Projekt

Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. Sie bietet Studierenden sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-, Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-, Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind rund 23.500 Studierende in etwa 100 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und Wegbereiterin.

Fazit: Ein Blick in die Zukunft der Energiewelt

Die Energiewelt steht vor einem tiefgreifenden Wandel. Dezentrale Energienetze und datengestützte Geschäftsmodelle werden eine zentrale Rolle spielen. Das simulationswerkzeug für dezentrale energienetze, das im Rahmen des Projekts VISE-D entwickelt wird, bietet einen risikoarmen Experimentierraum, in dem neue Technologien und Geschäftsmodelle getestet werden können. Dies ermöglicht es kleineren Marktteilnehmern, sich auf die Herausforderungen der neuen Energiewelt einzustellen und innovative Lösungen zu entwickeln. Die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Praxis in diesem Projekt zeigt, wie wichtig interdisziplinäre Ansätze und Kooperationen für die Zukunft der Energieversorgung sind.

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