Virtuelle Kraftwerke: Stromerzeuger*innen und -verbraucher*innen werden zu Energiegemeinschaften

Indem verschiedene erneuerbare "Zellen" miteinander vernetzt werden, kann ein virtuelles Kraftwerk den Energiehandel steuern.

Mithilfe Virtueller Kraftwerke (VPP) entstehen neue, dezentrale Energiegemeinschaften, die mit 100 Prozent Erneuerbaren Energien die Energiewende vorantreiben.

Autor Mark Newton, 12.09.22

Sowohl bei RESET als auch an anderer Stelle wurde bereits viel darüber geschrieben, dass die Energieausbeute aus Wind und Sonne ziemlichen Schwankungen unterliegt. Die Herausforderung dabei: Erneuerbare Energien erzeugen selbst über relativ kurze Zeiträume keine konstante Strommenge. Zu manchen Zeitpunkten produzieren sie nicht genug, in anderen dann zu viel. Eine Lösung für dieses Problem ist die Entwicklung von Speichersystemen für erneuerbare Energien, die den überschüssigen Strom „aufbewahren“ können, bis er gebraucht wird – aber es gibt auch andere Möglichkeiten. Eine davon ist der Peer-to-Peer-Handel.

Mit dem Peer-to-Peer-Handel alte Strukturen aufbrechen

Beim Peer-to-Peer-Handel geht es um die Vernetzung kleinerer, dezentraler „Zellen“ zu einem Netz, in dem erneuerbare Energie zwischen ihnen gehandelt werden können. Wenn eine Zelle zu viel Strom produziert, kann dieser einfach und bequem an eine andere Zelle verkauft werden, die nicht genug produziert. Zellen sind in diesem Fall kleinere und mittlere Stromproduzent*innen, Verbraucher*innen und Speicher. Auch wenn der Anschluss an ein externes Netz immer noch ratsam ist, falls die Produktion im gesamten Netz zurückgeht, geht es dabei vor allem darum, dass die Energie zwischen kleineren Erzeuger*innen geteilt wird, so dass keine Energie ungenutzt verpufft. Außerdem kann der Strom oft zu einem niedrigeren Preis gehandelt werden als über ein großes Stromversorgungsunternehmen.

Energiewende heißt dynamisch planen

Expert*innen gehen davon aus, dass die effektivsten Peer-to-Peer-Handelsnetze diejenigen sein werden, die verschiedene Sektoren miteinander kombinieren. In einer Studie des Fraunhofer-Instituts von 2020 wurde beispielsweise ein Peer-to-Peer-Netz zwischen dem Stuttgarter Flughafen und vier Wohngebieten untersucht. Der Strom wurde über Photovoltaikanlagen und kleinere Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen erzeugt und je nach Bedarf zwischen den Zellen übertragen. Die Studie kam zu dem Schluss, dass ein Netz aus Gewerbe- und Wohnzellen am effektivsten ist, da die verschiedenen Sektoren zu unterschiedlichen Zeiten einen anderen Bedarf haben.

Die Visualisierung veranschaulicht das Zusammenspiel:

Die Videovisualisierung des Fraunhofer-Instituts zeigt, wie sich der Energietransfer im Tagesverlauf verändert.

Im Allgemeinen benötigen Gewerbeimmobilien tagsüber mehr Energie, denn dann sind die Geschäfte und Büros geöffnet. Währenddessen sinkt die Nachfrage in Privathaushalten, da tagsüber viele Menschen an ihrem Arbeitsplatz sind, zum Beispiel in genau diesen Geschäften und Büros. Daher kann die überschüssige Energie, die von privaten Solaranlagen erzeugt wird, an gewerbliche Zellen verkauft werden. Wenn es dann Abend wird, sinkt die gewerbliche Nachfrage. Unternehmen schließen oder fahren ihren Betrieb herunter und die private Nachfrage steigt, da Licht, Herd, Heizung und das Unterhaltungsprogramm eingeschaltet werden. Das geschieht oft genau dann, wenn kaum mehr Solarstrom produziert wird. Nun kann im die überschüssige Energie, die in Gewerbegebieten produziert wird, in Wohngebiete umgeleitet werden.

Die Studie zeigt zudem auch, dass die Vorteile noch größer sein können, wenn die Zellen zusätzlich ihre Nachfrage an das Angebot anpassen. „Das ist ein relativ neuer Gedanke, also dass man sagt, dass die Verbraucher nicht mehr linear einfach weiter verbrauchen, sondern dass sie dann mehr verbrauchen, wenn mehr Strom vorhanden ist, und weniger, wenn weniger Strom erzeugt wird. Das geht in vielen Fällen, zum Beispiel dann, wenn ich ein Elektroauto betanken oder in einem Haus Warmwasser erzeugen möchte. Das kann ich ein Stück weit an die Tageszeiten koppeln, wo mehr Strom über Erneuerbare zur Verfügung steht und dadurch das Netz und den Strombedarf entlasten“, sagt Severin Beucker, Mitgründer des Borderstep Instituts, im Interview mit RESET.

Aufbau eines virtuellen Kontrollzentrums

Doch wie kommt dieses Energienetz zustande? Wie wird es verwaltet und gewartet? Hier kommen digitalen Technologien ins Spiel. Virtuelle Kraftwerke (VPP) sind ein neues Konzept im Bereich der erneuerbaren Energien, das die Entwicklung des Peer-to-Peer-Handels und dezentraler Netze unterstützen soll.

Im Wesentlichen wird der zentrale Kontrollraum großer, fossiler Kraftwerke durch den Einsatz von Software nachgebildet. In der Praxis kann ein VPP aus vielen Einheiten eines einzigen Anlagentyps – wie zum Beispiel Batterien – oder aus vielen verschiedenen Produzent*innen und Verbraucher*innen bestehen, also auch Biogas- und Windkraftanlagen, Elektroautos oder reine Stromverbraucher*innen. Der große Vorteil der VPP-Software besteht darin, dass selbst kleine und mittelgroße Erzeuger*innen erneuerbarer Energien ihre selbst erzeugte Energie leicht überwachen und in das Netzwerk einspeisen oder an die Börse verkaufen können.

Auch der Energieausgleich und die Nachfragesteuerung – die Anpassung der erzeugten Strommenge an die Nachfrage – sind über das VPP möglich, indem die aktuellen Verbrauchsdaten mit Wetter- und Prognoseinformationen kombiniert werden. Bisher war diese Art des Betriebs weitgehend auf große, zentralisierte Anlagen beschränkt.

Einige VPP-Entwickler, wie zum Beispiel das deutsche Unternehmen Next Kraftwerke, haben spezielle Hardware für Netzbetreibende entwickelt, die ihnen eine Plattform für das Strommanagement und den Stromverkauf bietet. Bei der Next Box handelt es sich beispielsweise um eine Fernsteuerungseinheit, die Tausende von Anlagen mit der Plattform vernetzt und den Nutzer*innen ermöglicht, deren Leistung besser zu beurteilen und auf Wettervorhersagen und Energiemarktinformationen zuzugreifen.

Die Next Box fungiert als zentraler Hub für den Betrieb des VPP.

VPP können auch auf bestimmte Hardware, Funktionen oder Hersteller zugeschnitten sein. Lumenaza beispielsweise bietet eine Software-as-a-Service-Plattform an, die darauf abzielt, Prosumer-Communities aufzubauen und sie mit intelligenten Tarifen zu unterstützen, die auf die Marktnachfrage reagieren.

Das virtuelle Kraftwerk von Sonnen besteht aus einem digital vernetzten Schwarm von Heimspeichern. Ist die Stromproduktion hoch, nimmt der Batterie-Schwarm den überschüssigen Strom aus dem Netz auf und gibt ihn bei hoher Stromnachfrage wieder ins Netz ab. Eine spezielle Software steuert dabei die Stromerzeugung, Speicherung und den Stromverbrauch jeder einzelnen Einheit.

Im Hinblick auf die Nachhaltigkeit können VPPs also dazu beitragen, dass der aus erneuerbaren Energien erzeugte Strom nicht verschwendet wird. Dies hat im Idealfall den Effekt, dass weniger Strom aus zentralen, nicht-erneuerbaren Kraftwerken bezogen werden muss – und diese so Stück für Stück überflüssig werden. Darüber hinaus weisen die Entwickler*innen von Next Kraftwerke darauf hin, dass ihre Software die finanzielle Rentabilität für Betreiber*innen kleiner Kraftwerke erheblich verbessern kann, indem sie den Verkauf ihres Stroms auf den Energiemärkten optimiert.

Doch auch wenn der Peer-to-Peer-Handel schon jetzt stattfindet, wird diese Art Stromhandel mit ziemlicher Sicherheit erst so richtig an Fahrt aufnehmen, wenn mehr private Erzeuger*innen in die Energiegewinnung einsteigen und kleinere Kraftwerke, die sich aus erneuerbaren Quellen speisen, weiter verbreitet sind. Was es dafür braucht ist nicht nur ein politischer Rahmen, der den Peer-to-Peer-Stromhandel fördert, sondern auch entsprechende Anreize. „Also, wenn zum Beispiel mein flexibles Verhalten als Verbraucher entlohnt würde […]“, sagt auch Severin Beucker. „Wenn ich dafür einen preislichen Anreiz bekomme, dann beginnt sich vieles von selbst zu entwickeln. Im Moment ist das aber sehr schwierig, weil ich meinen Strom bei einem festen Stromanbieter kaufe und diese Verträge immer mindestens ein Jahr laufen und ich keine Wahl habe, zwischen hohen und niedrigen Tarifen zu wählen. Das müssen wir radikal vereinfachen und die Politik muss den Rahmen dafür schaffen.“

Das 1,5-Grad-Ziel ist ohne eine echte Transformation unseres Energiesystems unerreichbar. Aber wie kann sie gelingen? Was sind die Energiequellen der Zukunft? Welche digitalen Lösungen stehen bereit und wo sind Innovationen gefragt? Und wie kann die Transformation vorangetrieben werden?

Das RESET-Greenbook „Energiewende- Die Zukunft ist vernetzt“ stellt digitale, innovative Lösungen vor und beleuchtet die Hintergründe.

Dabei geht es auch darum zu verstehen, dass die Energiewende ein Paradigmenwechsel ist, bei dem große, zentrale Kraftwerke von kleineren, dezentralen Netzwerken abgelöst werden. „Aber wir müssen eine neue Balance finden aus Autarkie und Energiesystem. Und dafür brauchen wir tatsächlich auch eine ganz andere Infrastruktur, also mehr kleinere Leitungen, die einzelne Erzeuger und Verbraucher in der Nachbarschaft untereinander vernetzen“, betont auch Severin Beucker. Allerdings: „Was die Digitalisierung des gesamten Energiesystems angeht, sind wir noch am Anfang. Wir beginnen ja jetzt gerade erst damit, nach und nach intelligente Zähler in die Häuser einzubauen.“

Große zentrale Stromversorger behaupten oft, dass ihre Anlagen Dinge tun können, zu denen kleinere dezentrale Anlagen nicht in der Lage sind – wie die Netzstabilisierung und Deckung des Spitzenbedarfs. Die VPP-Technologie deutet jedoch darauf hin, dass mit den richtigen digitalen Werkzeugen auch Netze kleinerer Anlagen diese Prozesse nachbilden können.

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Dieser Artikel gehört zum Dossier „Energiewende – Die Zukunft ist vernetzt“. Das Dossier ist Teil der Projekt-Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU), in deren Rahmen wir vier Dossiers zum Thema „Mission Klimaneutralität – Mit digitalen Lösungen die Transformation vorantreiben“ erstellen.

Mehr Informationen hier.

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