Gastautor Dr. Albrecht Reuter (Fichtner IT Consulting AG)

14.03.2018

C/sells: Zellen, die 100 % Erneuerbare ermöglichen

Die Energiewende-Ziele für Deutschland wurden durch die Beschlüsse der Bundesregierung im Juni 2011 festgelegt und in mehreren internationalen Vereinbarungen, wie z.B. der Weltklimakonferenz in Paris, weiterentwickelt. Im Kern bedeutet Energiewende die weitestgehende Dekarbonisierung der Infrastrukturen bis zur Mitte des Jahrhunderts, die vollständige Abkehr von der Nutzung von Kernkraft bis 2022 und der schrittweise Umbau der Energieversorgungsstrukturen von einer ressourcenbasierten Energiewirtschaft (Kohle, Gas, Öl) hin zu einem technikorientierten System, das auf erneuerbaren Energien (Photovoltaik, Windenergie, Wasserkraft, Biomasse) fußt.

Modellregion „C/sells“: Partizipation mit der Politik

Zum Jahreswechsel 2016/17 erfolgte der Startschuss für fünf Demonstrationsvorhaben in Deutschland, die im Rahmen des Förderprogramms »Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende« (SINTEG) bis Ende 2020 stattfinden. Die größte dieser Modellregionen erstreckt sich über die Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern und Hessen und heißt »C/sells«. Im C/sells-Projekt haben sich 56 Partner aus Wissenschaft, Industrie und Netzbetrieb zusammengeschlossen, um das 100-Millionen-Euro-Projekt über vier Jahre auf eine erfolgreiche Ausbreitung im Massenmarkt vorzubereiten. Dabei steht das »C« für Cells, für die Zellen, die in Summe die gesamte Modellregion ausmachen. »sells« verweist auf neue Geschäftsmodelle, die mit der digitalen Energiewende neue Wirtschaftsstrukturen und -chancen entstehen lassen. Die Energiewirtschaft muss sich zum einen sukzessive auf neue Player einstellen und zum anderen die Energieversorgung trotz aller Veränderungen, Volatilitäten und Ungewissheiten stabil halten.

Gute Chancen haben insbesondere jene, die die Mechanismen der Digitalisierung verstanden haben und zum Kernbestandteil ihrer Geschäftsmodelle machen.

Smart Grids für ein intelligentes Energiesystem

C/sells demonstriert, wie die Energiewende und der Ausbau erneuerbarer Energien großflächig umgesetzt werden können. Dabei entwickeln und demonstrieren die Projektpartner das Zusammenwirken von sogenannten Zellen des durch die Energiewende vorgezeichneten, zukünftigen Energiesystems. Zellen können sowohl Erzeuger und Netze als auch Verbraucher und Speicher umfassen, die sich meist in einer räumlichen Nähe zueinander befinden: So stellen Städte, Quartiere, Straßenzüge und auch Areale wie Flughäfen oder Industriegebiete C/sells-Zellen dar. Ausgehend von über 30 Demonstrationszellen entsteht eine Vielfalt zellulär strukturierter Energiesysteme, die durch die aktive Partizipation der Beteiligten mitgestaltet werden. Neben den Demonstrationszellen, die technische Lösungen sowie Marktansätze demonstrieren und den Partizipationszellen mit besonderem Augenmerk auf die Kommunikation, laden wir auch C/sells-Citys ein, sich unserem Movement anzuschließen.

Die ersten Kommunen haben bereits ein Memorandum of Understanding unterzeichnet. Das Interesse ist groß. Denn die Energiewende benötigt ein breites Movement in der Gesellschaft. Ein massives Umdenken in Bezug auf Gewohnheiten im Umgang mit Energie oder Energiedienstleistungen ist notwendig, um Reibungsverluste bei der Transformation des Energiesystems gering zu halten. Um die Entwicklungswünsche und Kommunikationsbedürfnisse der Bevölkerung wie auch der Wirtschaft aufzugreifen, ist eine frühzeitige, aktive Einbindung notwendig. Die engagierte Teilnahme einer Vielzahl von Akteuren wird eine gesamtgesellschaftliche Bewegung schaffen, die die Energiewende aktiv vorantreibt und so die Denkwendemöglich macht, welche die digitale Energiewende braucht.

Die Energiewende-Ziele der Bundesregierung erfordern ein vollkommen neues Energiesystem mit intelligenten Netzen, um den immer größer werdenden Anteil erneuerbarer Energien automatisiert in den Stromnetzen zu steuern. Das Demonstrationsprojekt C/sells entwickelt hierzu die Blaupause für das Energiesystem der Energiewende.

Drei zentrale Instrumente des digitalen Energiesystems

Das »Infrastruktur-Informationssystem (IIS)«, die »Abstimmungskaskade« und der »regionalisierte Handel mit Energie und Flexibilitäten« stellen die drei zentralen Instrumente und zugleich die Verbindungsglieder des C/sells-Projektes dar.

Das C/sells-Infrastruktur-Informationssystem (IIS) stellt den Markt- und Netzakteuren Informations- und Zugriffsdienste mit den dazu erforderlichen Instrumenten bereit, um die Optimierung sowohl auf Zellebene als auch im Zellverbund zu ermöglichen und einen Marktzugang für Flexibilitäten zu schaffen.

Das IIS sorgt dafür, dass der Informations- und Datenaustausch z. B. zu horizontalen und vertikalen Energieflüssen zwischen den Zellen wirtschaftlich, interoperabel und sicher stattfindet. Hierzu unterstützt das IIS Energienetze, Energie(dienstleistungs-)märkte und Liegenschaften mit gemeinsamen Informationen und Kommunikationstechniken. Das IIS besteht aus Komponenten der Sensorik, der Aktorik des Kommunikationssystems und gemeinsamer Basisdienste, wie in Abb. 1 skizziert.

Was 100 Prozent Erneuerbaren alles leisten müssen. Auf der Basis von Zellen wird es funktionieren.

Abb. 1: Zusammenspiel zwischen Infrastruktur-Informationssystem und der Energieinfrastruktur

Diskriminierungsfreie Entfaltung der Akteursvielfalt

Die Abstimmungskaskade ist eingebettet in die Organisation intelligenter Energienetze, die in einer vielfältigen, komplexen Zellstruktur erfordert, dass die Netze über alle Spannungsebenen hinweg rasch und weitgehend automatisiert kommunizieren und agieren. Dem Zellgedanken folgend, können erkannte oder prognostizierte, kritische Netzzustände automatisiert sowohl innerhalb der Zelle als auch im Zellverbund behoben werden. Eine Schlüsselrolle spielt hier der kontinuierliche Austausch von Informationen zum Netzzustand zwischen den Übertragungs- und Verteilnetzbetreibern. Vor diesem Hintergrund wurde eine Bewertungslogik des Netzzustandes in Form einer Ampel eingeführt. Ist die Ampel grün, liegen keine kritischen Netzzustände vor. In der gelben Ampelphase ist der Netzzustand eines Netzsegments, beispielsweise durch einen potenziellen oder tatsächlichen Netzengpass, gefährdet.

In dieser sogenannten Marktpartizipationsphase können Zellakteure den Netzbetreibern Flexibilitäten als Alternative anbieten und so helfen, kritische Situationen zu vermeiden. Schaltet die Ampel auf Rot, ist die Systemstabilität und damit die Versorgungssicherheit unmittelbar gefährdet. In diesem Fall dürfen Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber nach § 13 Abs. 2 EnWG (entspricht der roten Ampel) die Erzeugungs- bzw. Verbrauchssituation durch direkte Regelung von Anlagen adaptieren, um die Versorgungssicherheit weiterhin gewährleisten zu können. Die in C/sells angedachte automatisierte, einheitliche Abwicklung von Maßnahmen zur Sicherung der Netzstabilität minimiert die Dauer von roten Phasen. Damit wird eine diskriminierungsfreie, gleichberechtigte und ungehinderte Entfaltung der Akteursvielfalt ermöglicht, wobei die Netzbetreiber dem Markt die Netzinfrastruktur diskriminierungsfrei zur Verfügung stellen und damit die Rolle des Market Facilitators übernehmen.

Abbildung 2: Die drei C/sells Handelsplätze für regionalisierten Handel

Abbildung 2: Die drei C/sells Handelsplätze für regionalisierten Handel

Regionalisierter Handel bindet Akteure partizipativ ein

Die C/sells-Akteure können sowohl regional Energie und Flexibilität kaufen und verkaufen als auch auf den weiterentwickelten bisherigen, zentralen Märkten handeln und somit Erlöse erzielen. Eine Möglichkeit den regionalisierten Handel umzusetzen besteht in der Schaffung eines regionalen, marktdienlichen Handels. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass zentrale Märkte als marktdienliche oder systemdienliche Handelszentren ausgebaut werden. Ungeachtet der genauen Ausgestaltung des regionalisierten Handels steht es den C/sells-Akteuren frei, die Netzbetreiber bei Engpasssituationen im Netz zu unterstützen (z.B. Batteriespeicher speisen bei geringer Photovoltaik-Erzeugung ein).

Der C/sells-Handel schafft vielfältige Partizipationsmöglichkeiten und gibt allen Akteuren im zukünftigen Energiesystem einen ökonomischen Rahmen. Das C/sells-Marktdesign berücksichtigt dabei die Wechselwirkungen unterschiedlicher, parallel existierender Märkte mit regionalisierten und nicht regionalisierten Produkten und darüber hinaus die Umsetzbarkeit der Energieflüsse aufgrund physikalischer Netzrestriktionen im Rahmen der Ampelphasen.

Der Deutsche Bundestag hat eigens mit der sogenannten SINTEG-Verordnung die Möglichkeit geschaffen, die neuen C/sells-Marktkonzepte trotz der engen regulatorischen Rahmenbedingungen in der Praxis tatsächlich erproben zu können. Die SINTEG-Verordnung sehen wir als ersten Schritt hin zu einer „Regulatorischen Innovationszone“ mit Reallaboren für Marktteilnehmer und Netzbetreiber.

Süddeutschland als Schaufenster der intelligenten Energieversorgung

Süddeutschland, speziell Baden-Württemberg, Bayern und Hessen, besitzt alle Voraussetzungen für ein eindrucksvolles Schaufenster zur »Intelligenten Energieversorgung«. Die Region ist auf Grund der höchsten solaren Erzeugung in Deutschland, seiner vielschichtigen Netzstruktur mit ländlichen, dünn besiedelten Regionen, seinen Energiewende-begeisterten Bürgern, Politikern und Investoren sowie seiner zentralen Lage im europäischen Netzverbund für dieses Projekt prädestiniert. Europäische Vorhaben sind mit C/sells abgestimmt, sodass sich sowohl die Vorteile der europäischen Integration als auch einer Multiplikatorwirkung in den Nachbarländern entfalten werden. Schon heute gibt es in Süddeutschland über 760.000 Prosumenten, die Strom nicht nur verbrauchen, sondern auch selbst erzeugen. Die vielfältige Akteursstruktur, die alle Wertschöpfungsstufen des zellulären Energiesystems umfasst, bietet ideale Voraussetzungen um neue Kooperationsmodelle zu entwickeln und umzusetzen. Mit C/sells wird damit ein fließender Übergang von der Demonstration bis zum Massenmarkt ermöglicht, der nach Vision der Projektbeteiligten durch das C/sells-Movement selbstverstärkend wirkt.

 

Abb. 3: C/sells auf einen Blick - die Leitidee

Abb. 3: C/sells auf einen Blick – die Leitidee

Zelluläre Strukturen als Basis einer 100%igen Stromerzeugung aus Erneuerbaren

C/sells ist ein Demonstrationsprojekt im Rahmen des SINTEG-Programmes. Als solches sind wir aufgerufen, Schaufenster für massenfähige Lösungen zu entwickeln und zu demonstrieren, die die Ziele der Energiewende mit lokal und regional zeitweise über 100 % Stromerzeugung aus EE unterstützen. Nach dem ersten Projektjahr haben wir die Grundkonzeption des zellulär verbundenen Energiesystems entwickelt, das C/sells Leitbild im Konsens der 56 Partner vereinbart und die Grundbausteine unserer drei Basisinstrumente Infrastruktur Informationssystem (IIS), Abstimmungskaskade und regionalisierter Handel erstellt. Wir sind überzeugt, dass zelluläre, vielfältige und partizipative Energieinfrastrukturen einen geeigneten Ansatz darstellen, um die angestrebte, nahezu vollständige Marktdurchdringung mit EE zu beherrschen, regionalisierten Handel zu entwickeln und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Die politisch gestützte Stärkung der lokalen und regionalen Autonomie, wohlgemerkt nicht der Autarkie, verleiht dem zellulär verbundenen Gesamtsystem Stabilität und Stärke. Der damit verbundene Umbau kann nur mit der Bündelung aller gesellschaftlichen und politischen Kräfte gelingen.

Zu diesem Zweck werden wir innerhalb eines Jahres in allen C/sells-Bundesländern Baden-Württemberg (9.4.18), Hessen (7.8.18) und Bayern (1.4.19) sog. C/sells Ministerdialoge durchführen und planen im Sommer 2019 mit den bis dahin gewonnenen Erkenntnissen einen konzertierten Ministerdialog aller drei Landesenergieminister zusammen mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, voraussichtlich Minister Altmaier, durchzuführen.