Effizienz in der Nachtschicht

von Mike Ifland, Nadine Exner, Oliver Warweg

In einem System, in dem sich unter harten Echtzeitbedingungen Einspeisung und Abnahme die exakte Waage halten müssen und sich demzufolge jahrzehntelang das Prinzip der bedarfsfolgenden Erzeugung etabliert hatte, entwickelt sich nun – getrieben vor allem durch die Einspeisung von Windkraft – gezwungenermaßen eine Wechselwirkung zwischen Angebot und Nachfrage. Mike Ifland, Nadine Exner und Oliver Warweg zeigen, dass eine nicht bedarfsfolgende Einspeisung eine echte Herausforderung für Netztechnik und Ingenieure darstellt.

Dieser Wandel hat viele Gesichter: seit einiger Zeit erfolgt die Steuerung der Nachfrage großer Verbraucher. Industriebetriebe beispielsweise erhalten Vergütungen, wenn Netzbetreiber ausgewählte Verbraucher in den Produktionsanlagen schalten können. Diese können in einem solchen Vertragsmodell in Abhängigkeit der versorgten Last beispielsweise bei Engpässen kurzzeitig vom Netz getrennt werden, um dieses zu entlasten. Mit der Liberalisierung der Energiemärkte entwickelt sich auch eine indirekte Form der Nachfragesteuerung, allerdings noch im marktwirtschaftlichen Bereich. Getrieben durch Preisunterschiede innerhalb des Tagesverlaufs ist es für Unternehmen mittlerweile weit verbreitet, ihre Produktion anhand der Kosten für elektrische Energie zu planen und danach zu optimieren. Besonders für große Industriekunden ist dies eine lohnende Neuerung. Entsprechend große Verbraucher werden nach Fahrplänen eingesetzt, was zu deutlichen Einsparungen in den Energiekosten führen kann – vor allem, wenn man dies mit bis zuletzt üblichen Vollstromversorgungen vergleicht.

Interdisziplinäres Forschungsprojekt

Wo früher Industriekunden mit entsprechend großen Verbrauchern im Fokus des Lastmanagements standen, untersucht jetzt das Forschungsprojekt RESIDENS (effizienteRe Energienutzung durch Systemtechnische Integration Des privaten ENdabnehmerS) die Auswirkungen indirekter Nachfragesteuerung am Beispiel des Privatverbrauchers auch aus der Perspektive des Netzbetriebs. Das Projekt verknüpft sowohl technische, als auch sozialwissenschaftliche Ansätze, und wird durch das Thüringer Kultusministerium mit 1,2 Mio. € gefördert. RESIDENS selbst gliedert sich in 3 Phasen. In der ersten, bereits abgeschlossenen Analysephase wurde eine Endabnehmeranalyse durchgeführt, die Einblick in Wissen und Einstellung der möglichen Teilnehmer über Energieversorgung speziell im Hinblick auf Smart Metering gab. So ist zwar wenigen Bürgern der Begriff Smart Meter bekannt, dennoch interessieren sich über die Hälfte der Befragten für die neuen Möglichkeiten der Geräte. In der seit Kurzem angelaufenen Testphase werden im Stadtgebiet Ilmenau Testgeräte an interessierte Teilnehmer verteilt, mit deren Hilfe es möglich wird, den eigenen Verbrauch am heimischen PC nachzuvollziehen. Dazu stellt das Fraunhofer AST den Nutzern die Daten aufbereitet mittels eines webbasierten Kundenportals zur Verfügung.
In der letzten Phase des Projekts geht es um den Aufbau von Endabnehmerkompetenz. Wichtiger Baustein hierfür ist ein Lernspiel des Fraunhofer Instituts für Digitale Medientechnologie in Erfurt, das den Nutzern Zusammenhänge und Verhältnisse zu den Themen Energieverbrauch und Energieversorgung vermitteln wird.
Ein technischer Forschungsanspruch des Projekts liegt auf der Optimierung der Netzbetriebsführung. Die Aufgabe des Fachgebiets für Elektrische Energieversorgung an der TU Ilmenau besteht hier darin herauszufinden, inwiefern Lastverschiebung privater Endkunden als Freiheitsgrad in der Netzbetriebsführung nutzbar ist. So stellt sich die Frage, ob und inwieweit Konsumenten bereit und in der Lage sind, stromintensive Verbraucher in ihren Haushalten wie Spül- oder Waschmaschinen, aber auch Brauchwassergeräte und elektrische Heizungen nach Gesichtspunkten des Netzbetriebs einzusetzen und wie hoch der Nutzen für das Verteilnetz ausfällt. Die Forscher interessiert, ob mit dieser Methode flexibel auf schwankende Energieeinspeisungen durch Windkraft reagiert werden kann. Dies hätte zur Folge, dass das Potenzial erneuerbarer Energien besser ausgenutzt werden könnte – zum Beispiel in Schwachlastzeiten, wenn bei stagnierender Nachfrage das Angebot überwiegt. Ein Anreiz für Verbraucher, sich auf solche Neuerungen einzulassen, könnte ein zeitvariabler Tarif sein. Solche Tarife können in optimierter Form das Netz entlasten und auch den Verbrauchern bares Geld sparen, sofern es z.B. die Hausordnung erlaubt, die Geräte zeitlich flexibel einzusetzen. Nun ist es Aufgabe der Forscher zu prüfen, wie derartige Anreize angenommen werden, und welche Konsequenzen sich in der Netzbetriebsführung ergeben.

Optimale Beschaffungsstrategien

Tarife für Haushaltskunden können unter Zugrundelegung der aktuellen Regeln nur durch den Lieferanten festgelegt werden. Jedoch handelt es sich bei heutigen Stromlieferanten um eigenständige Unternehmen, die keinerlei Bezug zur Netzlast und damit zu der vom Netzbetreiber gewünschten Betriebsoptimierung haben. Die Kriterien für eine optimale Beschaffung sind verschieden von denen optimaler Netzbetriebsführung. Wie sich durch Smart Meter eine genauere Erfassung der Kundenverbräuche realisieren lässt, inwieweit sich diese auf die Beschaffungsstrategie des Versorgungsunternehmens auswirken und ob die Kunden durch eine Beeinflussung über Tarife stärker in die Wertschöpfungskette integriert werden können, sind einige der Fragen, die durch das Fraunhofer Anwendungszentrum für Systemtechnik in Ilmenau bearbeitet werden. Ebenfalls sind die Forscher daran interessiert, ob während der Strombeschaffung die Anforderungen der Netzbetriebsführung berücksichtigt werden können und wenn ja, wie dies geschehen kann. Zentrale Fragestellungen der Forschungsarbeiten sind auch die Menge und Art und Weise der Bereitstellung von Informationen an die Kunden. Es gilt, die Kunden für das Produkt Strom und den Verbrauch von Strom zu sensibilisieren. Dazu arbeiten die RESIDENS- Wissenschaftler gemeinsam an Anwendungen für ein Kundenportal. Über dieses Portal werden die gemessenen Werte und Verbräuche sowie vielfältige Arten zur Auswertungen dieser Informationen bereitgestellt. Die Kunden können auf einen Blick sehen, wie viel Strom sie an einem Tag verbraucht haben, wie hoch der Stromverbrauch im letzten Monat war und wie hoch die Menge des dadurch ausgestoßenen CO2 ist. Auch ein Vergleich mit den Verbräuchen des vergangenen Jahres wird möglich sein. Damit können die Kunden ein stärkeres Bewusstsein für ein effizienteres Verbrauchsverhalten zum Schutz der Umwelt entwickeln.

Sozialwissenschaftliche Aspekte

Anders als bei früheren Ansätzen stehen bei RESIDENS auch sozialwissenschaftliche Aspekte im Vordergrund. Untersucht wird, inwieweit private Anschlussnehmer die neue Technik akzeptieren. Dazu führt das Institut für Medien- und Kommunikationswissenschaften an der TU Ilmenau Untersuchungen durch, die wärend der gesamten Projektlaufzeit prüfen, welche Einstellung Konsumenten allgemein gegenüber den Themen Energieversorgung und erneuerbare Energien haben. Auch das Verhalten der Teilnehmer wird in Umfragen und mithilfe der Messdaten der Smart Meter näher beleuchtet. Um eine differenzierte Untersuchung gewährleisten zu können, wird in einem ersten Schritt eine Kundensegmentierung vorgenommen. Zur Erstellung der Teilgruppen sind Merkmale wie die Wohnsituation, aber auch die Anzahl der Personen im Haushalt ausschlaggebend, denn hier entscheidet sich, ob es den Teilnehmern überhaupt möglich ist, ihren Verbrauch zeitlich zu beeinflussen. So ist z.B. die Frage zu klären, ob es mit der Hausordnung vereinbar ist, elektrische Verbraucher wie Spülmaschinen oder Wäschetrockner nachts zu benutzen. Auch die Anwendbarkeit der Webplattform muss näher betrachtet werden. So sind Informationen, die für technisch versierte Nutzer unverzichtbar sind, nicht zwangsläufig für die breite Masse der Bevölkerung sofort verständlich.
Begleitet wird das Projekt aus energiewirtschaftsrechtlicher Sicht durch das Institut für Energiewirtschaftsrecht an der Friedrich Schiller-Universität Jena – Kompentenzzentrum für Technik, Wirtschaft, Recht e.V. Die Wissenschaftler haben sich die Bestimmung, Absicherung und ggf. auch die Weiterentwicklung der maßgeblichen rechtlichen Grundlagen und Rahmenbedingungen von RESIDENS zum Ziel gesetzt. Zukünftige Rechtsentwicklungen sowie Hemmnisse bei der Umsetzung des Projekts spielen ebenfalls eine Rolle.

mike.ifland@tu-ilmenau.de