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RegEnKibo

Regionaler Stromverbrauch erspart Netzausbau

Projektstatus
Begonnen
Im Modellprojekt wird das Energiesystem bestehend aus Strom- und Gasnetz exemplarisch modelliert.
Die Grafik zeigt die grundlegende Idee von RegEnKibo. Gas- und Stromnetze sind miteinander gekoppelt und sorgen mit Erzeugern und Verbrauchern für eine zuverlässige Stromversorgung. | Grafik: Forschungsverbund RegEnKibo

Erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energiespeichertechnologien und intelligente Netztechnik sowie Zusammenwirken von diesen Energietechnologien sind tragende Säulen des Konzepts zur Energiewende. Das Forschungsprojekt RegEnKibo (Regionalisierung der Energieversorgung auf Verteilnetzebene am Modellstandort Kirchheimbolanden) greift das Konzept auf und modelliert das Strom- und Gasnetz von Kirchheimbolanden beispielhaft anhand von Echtzeitdaten. Anschließend wird es validiert und zusammengeführt. Dazu nutzen die Projektpartner Optimierungsalgorithmen und berücksichtigen eingespeisten Strom aus erneuerbaren Energien im Mittel- und Niederspannungsnetz. 

Logo RegEnKibo

Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es, eine Regionalisierung der Energieversorgung auf Verteilnetzebene am Modellstandort Kirchheimbolanden zu erreichen und dabei den Regelungsausgleich von elektrischer Energie zwischen Übertragungsnetz und Verteilnetz möglichst gering zu halten. Dadurch kann der Stromnetzausbau reduziert werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt neben der Zusammenführung der beiden Teilenergiesysteme Strom und Gas auf der Ausschöpfung von Effizienzpotenzialen bei den privaten Haushalten, im öffentlichen Bereich sowie in Gewerbebetrieben durch deren Nutzung von energieeffizienten strom- und wärmegeführten Energieanlagen. Dadurch verringert sich der Austausch von Regelenergie weiter. Zudem untersuchen die Forscher den Einsatz eines virtuellen Kraftwerkes. 

Speicher sind ein Schlüssel für eine lokale Energieerzeugung

Um den Austausch von elektrischer Energie zwischen Übertragungsnetz und Verteilnetz möglichst gering zu halten, bedarf es darüber hinaus noch entsprechende Energiespeichertechnologien und einer intelligenten Netztechnik. Auch diese Herausforderungen gehören zum Forschungsprojekt. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass in Kirchheimbolanden neben der kurzzeitigen Speicherung von überschüssigem Ökostrom auch eine langfristige Speicherung von elektrischer Energie notwendig ist. Das ist im Vorhaben berücksichtigt. Bei der Langzeitspeicherung von elektrischem Strom modellieren die Ingenieure das Power-to-Gas-Verfahren. Dieses validieren sie, indem sie in einem zweistufigen Prozess zunächst Strom in Wasserstoff und diesen Wasserstoff bei Bedarf in einem weiteren Schritt mit Kohlendioxid in synthetisches Erdgas umwandeln. Mit diesem Verfahren kann das Gasnetz überschüssigen Strom klimaneutral im Gasnetz speichern, so dass er bei hoher Nachfrage und geringer Energieerzeugung lokal für die Strom- und Wärmeversorgung zur Verfügung steht.

Die Aufgaben der Projektpartner im Detail

Mitarbeiter am Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) modellieren in einem Teilprojekt die Energienetze. Die Forschungsstelle des Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie übernimmt die Validierung der Netzmodelle, insbesondere des Gasnetzmodells, und die Integration des Langzeitspeichers in das Gesamtsystem. Das Engler-Bunte-Institut untersucht die Dynamik der Umsetzung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu synthetischem Methan experimentell. Die Optimierung der zusammengeführten Teilenergiesysteme Strom und Gas zum gesamten Energienetz übernimmt das Institut für Regelungs- und Steuerungssysteme am KIT. Die Transferstelle Bingen an der Fachhochschule Bingen entwickelt Komponenten zur Integration in die Leitwarte. Hier wird sie bei der Auswahl und dem Betrieb von energieeffizienten Energieanlagen von der Viessmann-Gruppe unterstützt. Die e-rp GmbH übernimmt die Konsortialführung und Gesamtprojektleitung. Außerdem simuliert und validiert sie das gesamte Energienetz nach der Modellierung, Zusammenführung und Optimierung im virtuellen Betrieb. Dieser greift auf die tatsächliche Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien und auf den Verbrauch von Energie in Krichheimbolanden zu.

Bisherige Ergebnisse des Projektes

Erste Ergebnisse liegen inzwischen vor: Es wurden bereits das Stromnetz und Gasnetz von Kirchheimbolanden modelliert und validiert, ein Häusermodell von Kirchheimbolanden erstellt, eine Power-to-Gas-Anlage als Kopplungselement modelliert und dazu eine Versuchsanlage aufgebaut, die Clusterung der Wohngebiete vorgenommen und die Systemstruktur eines virtuellen Kraftwerks erarbeitet. Zwei Feldversuchsanlagen zur modernen Wärmeversorgung von Gebäuden wurde ebenfalls errichtet. Im nächsten Schritt werden jetzt die Energieteilsysteme über die Power-to-Gas-Anlage und über Gas-to-Power-Einheiten miteinander verschaltet (Sektorenkopplung) und mittels einer nichtlinearen modellbasierten prädiktiven Regelung, die auf modernster Kommunikationstechnik aufbaut, getestet und optimiert.

Projektlaufzeit

06/2015 – 05/2018

Kontakt

Prof. -Dr.-Ing. Peter Missal
Verbundkoordinator
e-rp GmbH
Gartenstr. 22
55232 Alzey
+49 6731 405-238

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

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