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Innovative Netzkonzepte

Innovative Netzkonzepte für Netzbetrieb und Netzsteuerung

Die Verbindung der Stromnetze mit den Gasnetzen ist notwendig, um konkrete technische Ansätze zum Erreichen der Energiewende zu erarbeiten. Das Forschungscluster Smart Grids konzentriert sich daher unter anderem auf den zuverlässigen und sicheren Austausch von Informationen.

Innovative Netzkonzepte; © Foto: DVGW, Roland Horn

Sektorübergreifende, innovative Netzkonzepte

Das Forschungscluster Smart Grids

Die Entwicklung von innovativen Netzkonzepten, aber auch von Konzepten für den Netzbetrieb und die Netzsteuerung sind von zentraler Bedeutung, wenn Gas zukünftig eine Rolle als Partner der Energiewende einnimmt. Es sind gemeinsame Lösungen mit der Stromwirtschaft erforderlich, um konkrete technische Lösungen mit Hilfe der Informations- und Kommunikationstechnologie herauszuarbeiten – eine geschlossene Lösung für Smart Grids. Bei der Entwicklung der Konzepte liegt der Fokus auf einem sektorübergreifenden Ansatz, um das Strom- mit dem Gasnetz zu verbinden. So können die Synergien beider Systeme ideal genutzt werden.
Die Entwicklung von innovativen Netzkonzepten, aber auch von Konzepten für den Netzbetrieb und die Netzsteuerung sind von zentraler Bedeutung, wenn Gas zukünftig eine Rolle als Partner der Energiewende einnimmt. Es sind gemeinsame Lösungen mit der Stromwirtschaft erforderlich, um konkrete technische Lösungen mit Hilfe der Informations- und Kommunikationstechnologie herauszuarbeiten – eine geschlossene Lösung für Smart Grids. Bei der Entwicklung der Konzepte liegt der Fokus auf einem sektorübergreifenden Ansatz, um das Strom- mit dem Gasnetz zu verbinden. So können die Synergien beider Systeme ideal genutzt werden.

Das Forschungscluster Smart Grids

Für die Forschung zum Thema Netzkonzepte ist das Forschungscluster Smart Grids unter der Leitung von Heinrich Busch zuständig.

Das Forschungscluster Smart Grids gehört zum Innovationskreis Gas, dessen Aufgabe die Initiierung, Bewertung und Priorisierung, sowie die Sicherstellung der Kommunikation der jeweiligen Forschungsthemen ist.

Bildung eines neuen Gas- und Stromsystems
Netzkonzepte und Transformationsprozess © Copyright

Die Bildung eines Gesamtsystems erfolgt durch die Vernetzung und Überlagerung von einzelnen Zellen. Unabhängig von heutigen Gegebenheiten muss das System von unten nach oben neu entworfen werden – angefangen bei den kleinsten Zellen. Hierbei sind übergreifende, neue Topologien und Technologien für die optimale Vernetzung der Zellen von besonderer Bedeutung.

Das neu entworfene System ist hinsichtlich eines zuverlässigen und stabilen Systembetriebs zu optimieren. Hierzu sind insbesondere Aufgaben und Verantwortlichkeiten für den Erhalt der Systemstabilität zu definieren und zu verteilen.

Die größte Hürde für die praktische Umsetzung von solchen Konzepten wird derzeit in den regulatorischen Rahmenbedingungen gesehen. Daher sind die rechtlichen und wirtschaftlichen Aspekte mit einzubeziehen. So kann man der Rolle von Power to Gas als Kopplungs- und Lastverschiebungselement zwischen Strom- und Gasnetz gerecht werden.

Kombinierte Gas- und Stromnetzautomatisierung

Voraussetzung für eine Kopplung der Gas- und Stromnetze ist der zuverlässige und sichere Austausch erforderlicher Informationen. Insofern wird die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) stark an Bedeutung gewinnen. Dies gilt sowohl für den Weg vom Strom- in das Gassystem über die Elektrolyse wie auch zurück über die Kraft-Wärme-Kopplung in Form von virtuellen Kraftwerken.

In zellularen Netzstrukturen sorgen sogenannte agentenbasierte Steuerungssysteme für einen hohen Grad der Automatisierung und Betriebssicherheit. Die IKT-Konzepte sind für den Einsatz in der Energieversorgung unter dem Aspekt der Netzkopplung weiterzuentwickeln. Ein hoher Grad an Informationsaustausch über die Sektorengrenzen hinweg wird die Netzsteuerung deutlich flexibilisieren.

Weitere Elemente der sogenannten Smart Grids sind IKT-gestützte intelligente Messeinrichtungen (Smart Meter) sowie ein kosteneffizienter und flächendeckender Informationsaustausch zwischen den Kopplungselementen im Strom- und dem Gassystem. Die technische Integration dieser Komponenten in ein gemeinsames Smart-Grid-Konzept wird ein weiterer Schwerpunkt in Zusammenarbeit mit dem Stromnetz sein.

Innovativer Netzbetrieb und Demonstration

Im Gasnetz werden die Gasbeschaffenheiten zunehmend breiter, etwa durch LNG mit hoher Energiedichte und perspektivisch Wasserstoff aus Power to Gas-Anlagen. Aus sicherheits- sowie betriebs- und abrechnungstechnischen Gründen muss darauf ein besonderes Augenmerk gerichtet werden.

Im Cluster Smart Grids wird daher das Thema der Gasbeschaffenheitsverfolgung mit hoher Priorität verfolgt. Dazu sind ergänzend zum Einsatz von komplexen Messtechnologien numerische Methoden hinreichender Genauigkeiten für das Dispatching zu entwickeln.

Weiterer Forschungsbedarf ergibt sich aus der Entwicklung von Methoden zur aktiven beziehungsweise bidirektionalen Betriebsweise der Gasnetze. Zu einem intelligenten Gasnetz der Zukunft gehört auch eine höhere Kapazität zur dezentralen Aufnahme von erneuerbarem Gas. Ein Ansatz dazu ist die aktive Fahrweise des Gasnetzes, zum Beispiel durch Bidirektionalität zwischen den Druckebenen etwa durch Biogas-Rückspeisung.

Nach der erfolgreichen Entwicklung von Smart-Grid-Konzepten mit Power to Gas und IKT-Technologien müssen diese auch in der Praxis demonstriert werden. Auch hier sieht der DVGW seine Aufgabe in der Durchführung wissenschaftlicher Begleitung von Demonstrationsprojekten der kombinierten Gas- und Stromnetzautomatisierung – den Smart Grids. Um dem Auftrag des DVGW gerecht zu werden, sollen hierbei Standardisierung und Regelsetzung eng mit der Forschung verbunden werden.

Zellulare Netzstrukturen

Aus Kosten- und Effizienzgründen ist eine Verbindung beider Systeme auf möglichst niedrigen Spannungsebenen erforderlich. Daher werden zellulare und multimodale Energieversorgungsstrukturen angestrebt. Die Ausgestaltung des innovativen zellularen Ansatzes ist mit einer Vielzahl von technischen Herausforderungen verbunden.

Es ergibt sich die übergeordnete Fragestellung, welche technischen Auswirkungen die konsequente Umsetzung der Prämisse mit sich bringt, die Bereitstellung und den Bedarf jeder Form von Energie auf der untersten möglichen Ebene auszubalancieren. Wie kann letztendlich der Aufbau der Energiezellen und deren Schnittstellen gestaltet werden?

Archiv der Forschungsberichte aus der DVGW Innovationsoffensive Gas

Meta-Analyse „Energiesystem der Zukunft" - Wesentliche Erkenntnisse und gemeinsame Positionen DVGW/VDE

Entwicklung von Planungsgrundsätzen für die Einspeisung und den Transport regenerativer Energieträger. Grundsätze für die Entwicklung von intelligenten Gasnetzen / Gasnetze für die Zukunft

Nutzen von Smart-Grid-Konzepten unter Berücksichtigung der Power-to-Gas-Technologie

Weiterführende Informationen
Ihr Ansprechpartner
Wenn Sie Fragen oder Anregungen zum Forschungsthema Smart Grids haben, können Sie uns telefonisch oder per E-Mail erreichen.
Frederik Brandes
Hauptgeschäftsstelle / Technologie und Innovationsmanagement

Telefon+49 228 91 88-844