Intelligente Stromnetze in der Praxis: deutschlandweit einmaliges Projekt Smart Operator abgeschlossen

• Ortsnetze können durch intelligente Bausteine rund 35 Prozent mehr Strom aus lokal erzeugter, erneuerbarer Energie aufnehmen.
• Intelligente Steuerung lastet vorhandenes Ortsnetz besser aus und kann dadurch Netzausbau verringern.

Das E-Auto wird betankt, wenn die Sonne scheint. Die Waschmaschine im Keller legt los, sobald die Photovoltaikanlage auf dem Dach am meisten Strom liefert. Warum? Weil sich so das vorhandene Stromnetz im Ort besser nutzen lässt, indem möglichst viel lokal erzeugte Energie vor Ort verbraucht wird. Fast drei Jahre lang wurde dieser Ansatz in insgesamt drei Feldtests in Rheinland-Pfalz und im bayerischen Schwabmünchen getestet. In dem bislang einmaligen Forschungs- und Entwicklungsprojekt von Lechwerke (LEW) und innogy, dem Smart-Operator-Projekt, wurde ein intelligentes Stromnetz in der Praxis erprobt. Jetzt liegen die Ergebnisse vor. Fest steht: Vorhandene Ortsnetze können durch intelligente Steuerung rund 35 Prozent mehr Strom aus lokal erzeugter, erneuerbarer Energie aufnehmen. Durch die bessere Nutzung vorhandener Netze kann ihr Ausbau reduziert werden. Ein wichtiger Beitrag für die Energiewende.

Früher kannte Energie nur eine Richtung: Der in Kraftwerken erzeugte Strom floss durch die Netze zum Verbraucher. Mit der Energiewende fließt er nun in beide Richtungen. Immer mehr Haushalte verbrauchen nicht nur Strom, sie produzieren ihn auch, mit der Photovoltaikanlage auf dem Dach. Dabei beansprucht die Erzeugung die Netze: Weil sich die Erzeugung nach dem Wetter richtet und nicht nach dem Verbrauch, können Spannungserhöhungen und Netzüberlastungen entstehen, die es zu vermeiden gilt – etwa durch Netzausbau. Der Smart Operator kann Abhilfe schaffen. Er arbeitet als autonome Steuerungseinheit im Ortsnetz und stimmt Stromangebot und -nachfrage aufeinander ab, indem er Stromverbrauch in Zeiten mit hoher Erzeugung verschiebt. So kann ein kostspieliger Um- oder Ausbau der Netze vermieden werden. Genau das wurde in den Feldtests erprobt.

Im Schwabmünchner Ortsteil Wertachau kamen dabei neben Bausteinen im Stromnetz selbst auch über 50 intelligente Geräte in den Haushalten der Bürger zum Einsatz: Wasch- und Geschirrspülmaschinen, Wäschetrockner, Batteriespeicher, Wärmepumpen und Ladeboxen für Elektroautos sowie 160 Smart Meter. Dies machte das Projekt zu einer der umfassendsten Smart-Grid-Installationen überhaupt.

Das Herzstück des intelligenten Netzes war der so genannte Smart Operator. Der eigens für das Projekt entwickelte, selbstständig arbeitende kleine Rechner verschob Ladezeiten von Elektroautos und Batteriespeichern oder startete die intelligente Waschmaschine erst dann, wenn viel Sonnenenergie vor Ort erzeugt wurde. Anhand von Wetterprognosen konnte er vorhersagen, wie viel Strom durch die Photovoltaikanlagen eingespeist werden würde. Durch intelligente Zähler in den teilnehmenden Haushalten kannte er außerdem den voraussichtlichen Verbrauch in der Siedlung. Daraufhin stimmte er den Stromverbrauch intelligenter Bausteine und Speichermöglichkeiten im Stromnetz auf die Erzeugung hin ab und brachte sie in Einklang.

Der Stromüberschuss – an sonnigen Tagen erzeugen die 23 Photovoltaikanlagen in der Wertachau mehr Strom als in der Siedlung verbraucht wird – wurde um bis zu ein Drittel reduziert. Diese Energie musste also nicht über das regionale Mittelspannungsnetz abtransportiert werden – eine enorme Entlastung für die Netze.

Potenzial in den Haushalten

In den Haushalten mit intelligenten Geräten konnten bis zu 20 Prozent des Haushaltsbedarfs flexibel verschoben werden. Dabei konnten die Kunden wählen, ob sie die Flexibilität zur Verfügung stellen oder das Gerät sofort nutzen wollten. Das Projekt hat gezeigt: Die größten Lastverschiebungen wurden durch Batterie- und Wärmespeicher sowie durch die Ladeboxen für Elektroautos erreicht. Das Potenzial der cleveren Waschmaschinen, Trockner und Geschirrspüler, für mehr Flexibilität im Ortsnetz zu sorgen, war vergleichsweise gering. Denn die Energieeffizienz der Geräte ist so hoch, dass sie ohnehin nur wenig Strom verbrauchen. Außerdem liefen die Geräte auch ohne Ansteuerung durch den Smart Operator häufig bereits zu jenen Zeiten, in denen die lokalen Photovoltaikanlagen viel Strom erzeugten.

Einen ebenfalls wichtigen Beitrag zur besseren Nutzung des vorhandenen Stromnetzes leistete intelligente Technik im Netz: Fernsteuerbare Lastschaltleisten und ein regelbarer Ortsnetztransformator trugen dazu bei, dass trotz hoher Einspeisung die Spannungsgrenzen im Netz eingehalten werden.

„Mit dem Smart-Operator-Projekt haben wir die Machbarkeit eines intelligenten Stromnetzes unter Beweis gestellt, sagt  LEW-Vorstandsmitglied Dr. Markus Litpher. „Wir konnten im Live-Betrieb wichtige Erkenntnisse für den weiteren Umbau unseres Energiesystems gewinnen. Es geht nun darum, jene Technologien und Komponenten, die sich als besonders vielversprechend herausgestellt haben, gezielt weiterzuentwickeln. So bringen wir die Energiewende vor Ort weiter voran“, so Dr. Litpher.

Folgeprojekte und entstandene Lösungen

Aus dem Projekt wurde bereits eine Lösung abgeleitet, mit der Ortsnetze schneller und umfassender als bisher analysiert werden können. In Vorbereitung ist auch ein Angebot für Stadtwerke, mit dem sich einzelne Bausteine im Netz so steuern lassen, dass die vorhandene Infrastruktur besser genutzt wird. Im Projekt Designetz, das in drei Bundesländern mit Förderung vom Bundeswirtschaftsministerium läuft, wird die Smart-Operator-Technologie weiterentwickelt, mit anderen Systemen vernetzt und auch auf der Ebene der Mittelspannung eingesetzt.

„Ohne leistungsfähige Verteilnetze, die intelligent Stromflüsse steuern und die erneuerbaren Energien optimal einbinden, kann die Energiewende nicht gelingen“, sagt Dr. Joachim Schneider, Bereichsvorstand Technik & Operations bei innogy. Außerdem müssten für den Einsatz effizienter und innovativer Technik auch die regulatorischen Rahmenbedingungen angepasst werden.

Das Smart-Operator-Projekt auf einen Blick

• Projektdauer: Die Feldphase des Smart-Operator-Projekts war 2012 mit dem Aufbau der Infrastruktur in den Testgebieten sowie vorbereitenden Labortests und der Entwicklung des Smart-Operator-Algorithmus gestartet. Im Juli 2014 ging das intelligente Stromnetz in der Wertachau in Betrieb und der Smart Operator begann mit der Steuerung und Optimierung. Da es sich um technisches Neuland handelte, waren auch nach der Inbetriebnahme noch zahlreiche Nachbesserungen notwendig. Mit allen Komponenten mit voller Funktionalität wurden dann über mehr als ein Kalenderjahr lang Erfahrungen und Daten gesammelt. Im Dezember 2016 wurde das Projekt nach erfolgreichem Betrieb abgeschlossen, um danach mit der Analyse und Auswertung zu beginnen.
• Teilnehmer: In der bayerischen Wertachau nahmen 115 der 125 Haushalte im Ort an dem Projekt teil. Bei ihnen wurden insgesamt rund 160 herkömmliche Zähler gegen Smart Meter ausgetauscht. In 23 Haushalten kamen zusätzlich intelligente Geräte zum Einsatz, die in das Smart-Operator-System eingebunden waren.
• Kommunikation: Die intelligenten Bausteine kommunizierten dabei über ein eigens aufgebautes Glasfasernetz. In den anderen Feldgebieten wurde erfolgreich die Datenübertragung über das Stromnetz getestet.

Ausführliche Informationen zu dem Projekt in der Wertachau gibt es unter www.lew.de/smartoperator sowie zum Gesamtprojekt unter https://iam.innogy.com/ueber-innogy/innogy-innovation-technik/smart-grids. Das Projekt Designetz, in dem die Smart-Operator-Technologie nun weiterentwickelt wird, läuft seit Januar 2017. Weitere Informationen dazu unter https://designetz.de/.

Die LEW-Gruppe ist als regionaler Energieversorger in Bayern und Teilen Baden-Württembergs tätig und beschäftigt rund 1.800 Mitarbeiter. LEW versorgt Privat-, Gewerbe- und Geschäftskunden sowie Kommunen mit Strom und Gas und bietet ein breites Angebot an Energielösungen. Die LEW-Gruppe betreibt das Stromverteilnetz in der Region und ist mit 36 Wasserkraftwerken einer der führenden Erzeuger von umweltfreundlicher Energie aus Wasserkraft in Bayern. Außerdem bietet LEW Dienstleistungen in den Bereichen Netz- und Anlagenbau, Energieerzeugung und Telekommunikation an. Die Lechwerke AG  gehört zu innogy SE, dem führenden deutschen Energieunternehmen.

Die innogy SE ist das führende deutsche Energieunternehmen mit einem Umsatz von rund 44 Milliarden Euro (2016), mehr als 40.000 Mitarbeitern und Aktivitäten in 16 europäischen Ländern. Mit ihren drei Geschäftsfeldern Netz & Infrastruktur, Vertrieb und Erneuerbare Energien adressiert die innogy SE die Anforderungen einer modernen dekarbonisierten, dezentralen und digitalen Energiewelt. Im Zentrum der Aktivitäten von innogy stehen unsere 23 Millionen Kunden. Diesen wollen wir innovative und nachhaltige Produkte und Dienstleistungen anbieten, mit denen sie Energie effizienter nutzen und ihre Lebensqualität steigern können.
Weitere Informationen unter www.innogy.com.