Intelligentes Stromnetz

Strommasten vor Abendhimmel

Stromnetze müssen zukünftig nicht nur belastbarer, sie müssen auch anpassungsfähig und vor allem sicher sein. Professor Ingo Jeromin vom Fachbereich Elektro- und Informationstechnik der h_da und seine Projektpartner gehen im Projekt „Smart Grid LAB Hessen“ der Frage nach, wie sich Stromnetze aufgrund neuer Einflussfaktoren und dem ständig wachsenden Energiebedarf verändern werden und welche Herausforderungen das mit sich bringt. Modellhaft wird im Labor unter realitätsnahen Bedingungen simuliert, wie die Energieinfrastruktur der Zukunft aussehen könnte. 

Von Nadine Bert, 12.10.2022

Das schmucklose Gebäude auf dem Firmengelände des Ingenieurbüros Pfeffer in Rödermark lässt kaum vermuten, welch zukunftsweisende Fragen hier beleuchtet werden. Hier befindet sich das Forschungslabor des EU-geförderten Projektes „Smart Grid LAB Hessen“, das am 27. September 2022 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. In dem unter Leitung von Professor Ingo Jeromin von der Hochschule Darmstadt kürzlich in Betrieb genommenen Labor erforschen die Projektpartner Ingenieurbüro Pfeffer, Jean Müller, QGroup, House of Energy und Tractebel unterschiedlichste Szenarien für das intelligente Stromnetz (Smart Grid) der Zukunft. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Basis für die spätere praktische Einführung eines Smart Grids.

Von statischen hin zu dynamischen Netzen

Die Idee, intelligente Ortsnetzstationen zu entwickeln, entstand bereits vier Jahre vor dem offiziellen Projektstart im Dezember 2020 und wird nun an der Hochschule Darmstadt weiterentwickelt. Professor Jeromin, der das Fachgebiet Elektrische Energieversorgung, Erneuerbare Energien und Energieeffizienz an der Hochschule Darmstadt leitet, und Mathias Pfeffer, Geschäftsführer des Ingenieurbüro Pfeffer, waren früher Geschäftspartner. Schon damals stellte sich die Frage, ob und wie „zu viel“ erzeugter Strom nachhaltig weitergenutzt werden kann. „Durch die sich rasant verändernden Anforderungen und Nutzungsbedingungen ist es jetzt wichtiger denn je zu verstehen, wie die Netze auf sich ändernde Bedingungen reagieren“, stellt Jeromin fest.

Anders als beim Projekt „Grid4Regio“, das Jeromin ebenfalls betreut, geht es im Smart Grid LAB nicht allein um die effiziente Nutzung regionaler Energie, das Projekt geht einen Schritt weiter: Energieströme sollen aktiv gemäß Angebot und Nachfrage gesteuert werden und sich „smart“ anpassen können. „Unsere Tests liefern uns Antworten auf wichtige Fragen der Zukunft“, so Jeromin. Der Schwerpunkt der Darmstädter Forschungsgruppe für Nachhaltige Energiesysteme (daFNE) um die Professoren Ingo Jeromin und Athanasios Krontiris liegt dabei auf Tests unter Realbedingungen, die aktive Steuerungsverfahren und alle erforderlichen Funktionalitäten abbilden sollen. Mit Unterstützung der Kollegen Till Neukamp und Sophia Pfeffer will das Forscherteam herausfinden, wie das Stromnetz stabil gesteuert werden kann, wenn beispielsweise punktuell viele Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen werden, oder wie ein Netzausfall (ein sogenannter „Blackout“) verhindert werden kann, wenn ein Speicher oder wichtige Mess- und Steuerkomponenten versagen.

Vom Konsumenten und Produzenten zum Prosumer

Als Experimentierfeld dient dazu die Nachbildung eines „Wohnviertels der Zukunft“, in dem alle Energiequellen und Verbräuche realen Bedingungen nachempfunden sind. Die verschiedenen Szenarien, unter denen das Smart Grid LAB betrieben wird, wurden vom Projekt-Team der h_da entwickelt. Sie stellen beispielsweise dar, was sogenannte Prosumer für das Stromnetz bedeuten. Unter einem „Prosumer“ versteht man einen Kunden, der nicht nur Energie konsumiert, sondern sie auch zeitweise selbst erzeugt. In diesem Fall würde das intelligente Stromnetz die Stromverläufe messen, analysieren und selbstständig entscheiden, wie der eingespeiste Strom idealerweise verteilt wird.

An diesem Beispiel wird schnell deutlich, welch hohen Standard das Projekt auch an das Thema Datensicherheit legen muss: „Aufgrund der durch smarte Komponenten hervorgerufenen immer größer werdenden Datenströme und der hohen Komplexität des Stromnetzes wird die Netzführung immer anspruchsvoller. Es ist enorm wichtig, einen höchstmöglichen Schutz für alle Prozesse und sensiblen Daten zu gewährleisten. Datensicherheit und Resilienz sind zentral“, so Jeromin.  Unterstützt wird das Konsortium durch QGroup, einen Spezialisten für mehrstufige IT-gestützte Sicherheitssysteme. Das Stromnetz der Zukunft müsse anpassungsfähig und dynamisch auf die sich stetig verändernden Anforderungen reagieren können. Dazu sei, betont Jeromin, ein Paradigmenwechsel unumgänglich.

So geht es weiter

Nicht nur der selbst gestellte Forschungsauftrag stellt die Projektbeteiligten in der Anfangszeit vor besondere Herausforderungen. Aufgrund der Corona-Pandemie waren zu Beginn nur digitale Treffen möglich, die Einrichtung des Labors verzögerte sich aufgrund von Lieferengpässen. „Unseren ursprünglich verfolgten Plan, bereits zur öffentlichen Vorstellung des Projektes erste Ergebnisse zu präsentieren, mussten wir leider neu justieren“, bedauert Jeromin. „In den kommenden Wochen werden wir damit beschäftigt sein, die einzelnen Szenarien durchzuspielen. Und unser Projektpartner QGroup startet mit der Analyse der Sicherheitsparameter.“ Mit ersten Ergebnissen rechnet Jeromin noch vor Weihnachten. Sie werden als Grundlage für einen Leitfaden zum Einsatz von Smart Grids in der Energieverteilung dienen. Später sollen die Erkenntnisse dann auf nationale und internationale Ebene übertragen werden. 

Im Spiegel der aktuellen Energiedebatte

Energiekrise, erneuerbare Energien, Gasumlage, Netzausbau – die aktuelle Energiedebatte ist aufgeheizt wie nie und verlangt nicht zuletzt auch aufgrund der Erfahrungen aus dem Ukraine-Konflikt und dessen Auswirkungen auf die Energielieferungen nach neuen, tragbaren Lösungen. Wirtschaft und auch Privathaushalte sind gezwungen, ihre Energieversorgung auf den Prüfstand zu stellen, was in den kommenden Jahren zu massiven Veränderungen führen wird, im Hinblick darauf, wie Energie erzeugt und genutzt wird. Jeromins Fazit: „Die sogenannte ‚All-Electric-World‘, in der CO2-neutral gewonnene Elektrizität die zentrale Energieform darstellt, wird kommen und die Energiewirtschaft einmal mehr verändern. Wenn man all das beherrschen will, benötigt man genau die anpassungsfähige und sichere Technik, die wir mit unserem Projekt erarbeiten.“ 

Kontakt

Christina Janssen
Wissenschaftsredakteurin
Hochschulkommunikation
Tel.: +49.6151.16-30112
E-Mail: christina.janssen@h-da.de

Projektwebsite: Smart Grid LAB Hessen