Smart Energy Ostdeutschland – Strom für Generationen: erneuerbar und dezentral

Der Problemraum

Eine nachhaltige, ökologisch vertretbare und von der Gesellschaft akzeptierte Energieversorgung rückt in greifbare Nähe. Hiermit wird auch ein ökonomisches Signal gesetzt für den Einsatz neuer Technologien, für innovative Dienstleistungen und für die Entwicklung globaler Zukunftsmärkte.

Die Funktionalität der verschiedenen regenerativen Stromgeneratoren muss künftig über die reine Energieerzeugung hinaus erweitert werden. Intelligente Netze werden benötigt, um Versorgungssicherheit und Netzstabilität gewährleisten zu können. Es geht um das komplexe Zusammenspiel der verschiedenen Energieträger, um kommunikationsfähige Netzbetriebsmittel, um die Integration von Stromspeichern, um die Bereitstellung von Systemdienstleistungen für Verteil- und Übertragungsnetze, um die Synchronisation mit den weiterhin noch lange Zeit benötigten konventionellen Kraftwerken und schließlich um die dynamische Einbindung der Stromkunden und deren Verbrauchsverhalten und um entsprechende neue Marktmodelle.

Die Ziele

Unter dem Idiom „smart energy“ tritt das Konsortium an, um ein gemeinsames Ziel zu realisieren: Strom, erneuerbar und dezentral. Durch den Paradigmenwechsel in der Energiestrategie in Deutschland eröffnen sich neue Chancen für Beschäftigung und Wohlfahrt. Ostdeutschland, die Top-Region der regenerativen Stromerzeugung, kann sich mit innovativen Technologien und Produkten an der Spitze des globalen Wachstumsmarktes Energietechnik positionieren. Das Strategiekonzept soll über vier Handlungsebenen umgesetzt werden: Technologieentwicklung, Verstärkung von Wissenschaft und Bildung, Entwicklung eines länderverbindenden Netzwerkes, begleitende Evaluierung des Innovationsprozesses.

Die thematischen Schwerpunkte

Der systemische Ansatz verknüpft die regenerativen Stromgeneratoren mit den Stromnetzen, mit Speicherlösungen und mit den Informations- und Kommunikationstechnologien. Mit sechs Leitprojekten sollen die drei neuen Geschäftsbereiche Serienprodukte, Dienstleistungen und Systemgeschäft erschlossen werden.

Intelligente Netze: Das neue Netz („Smart Grid“) soll die Nutzerinteraktion der Stromendverbraucher ermöglichen. Über ein Gateway, das die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) beinhaltet, wird sowohl die Verbindung zu Geräten im Gebäude hergestellt („Home Automation“) als auch die Kommunikation nach außen mit dem Netz organisiert. Die hochauflösende kostengünstige Messtechnik und IKT werden entwickelt und in ausgewählten Modellanwendungen getestet.

Energieverbund 20+: Die zunehmend fehlenden Systemdienstleistungskapazitäten infolge des Rückzugs der konventionellen Kraftwerke sollen durch ein neues Gesamtdesign unter Einschluss der erneuerbaren Energieträger kompensiert werden. Unter den Gesichtspunkten Systemstabilität und Wirtschaftlichkeit soll eine Optimierung des Gesamtsystems „Energieinfrastruktur“ erfolgen: Die konventionellen Kraftwerke müssen entsprechend flexibilisiert werden (Anlagen zur Flexibilisierung der Regelleistung, lokale Großbatterien), die EE-Kraftwerke müssen mit Zusatzfunktionen ausgestattet werden (Blindleistungsbereitstellung, Großbatterien zur Wirkleistungsregelung). In Betriebsführungsexperimenten sollen die Grundlagen für den Umbau existierender konventioneller Kraftwerke, für die Implementierung der Biogas-, Wind-, Solarkraftwerke und für das neue Energiemarktdesign erarbeitet werden.

Bio Methan plus: Mit einer neuen Technik sollen Biogasanlagen zum Lastausgleich im elektrischen Netz eingesetzt werden. Zentrales Element ist eine Methanisierungseinheit, die das im Biogas enthaltene CO2 mit Hilfe von Wasserstoff in Methan umwandelt, das direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden kann. Der Wasserstoff wird unter Einsatz von Überschussenergie des Stromnetzes durch Elektrolyse erzeugt. Alternativ kann bei Energiebedarf im Stromnetz das Biomethan für den Betrieb eines Stromgenerators eingesetzt werden. Zur Verfahrensentwicklung soll eine 250kW-Anlage als Demonstrator erstellt werden.

Blockspeicher Kraftwerk: Mit den Komponenten Hochdruckelektrolyseur, Wasserstoffspeicher und Generatorset mit Gasmotor für den Wasserstoffbetrieb soll eine Systemlösung für die Speicherung und Rückverstromung von Überschussstrom von Solaranlagen entwickelt werden. Ein Grundmodul im Leistungsbereich 50 kW kann bis in den multi-MW-Bereich kaskadiert werden. Unter Kostenaspekten werden beim Systemdesign insbesondere Komponenten aus der Massenfertigung berücksichtigt. Die Technik wird für Netzkopplung und Inselnetze im off-Grid-Betrieb geeignet sein.

Redox-Flow-Batterie: Der hohe Wirkungsgrad, die lange Lebensdauer, die hohe Zyklenstabilität und flexible Skalierbarkeit prädestinieren diese Batterie als Pufferspeicher für den Überschuss aus fluktuierender regenerativer Energie in Inselnetzen und netzgekoppelten Systemen. Ausgehend von Prototypen-Stacks (5kW-Klasse) soll das Gesamtsystem bis hin zum übergeordneten Energiemanagementsystem marktreif gemacht werden, Spezialisierungen für die spezifischen Einsatzbedingungen entwickelt und Weiterentwicklungen zur Performance- und Kostenoptimierung durchgeführt werden.

Smart PV: Module und PV-Anlagen sind aktuell konzipiert für Spitzenleistungen bei optimaler Sonneneinstrahlung und für die direkte und ungeregelte Netzeinspeisung. Mit einer Reihe technischer Maßnahmen soll das Energiedargebot an den Bedarf angepasst werden: Das Schwachlicht- und Temperaturverhalten der Module werden optimiert, der Energieertrag bei der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) soll in Kombination mit gebäudetechnischen Zusatzfunktionen angehoben werden, Solarmodule werden mit Speichern und entsprechenden Wechselrichtern kombiniert, um Netzdienstleistungen zu übernehmen und gleichzeitig das Potential für den Eigenverbrauch auszuschöpfen.

Die Partner

46 Industriebetriebe, 7 Energieversorger, 12 Dienstleister, 13 Forschungsinstitute, 10 Hochschulen, Politik und Verbände.

Kontakt

Dr. Peter Frey
Solar Valley GmbH
Konrad-Zuse-Straße 14
99099 Erfurt
Tel.: 0361 4276-840
E-Mail: info[at]solarvalley.org
www.smart-energy.org