Das Forschungsvorhaben SURF entwickelt eine innovative Flexibilitätsplattform zur Steuerung von dezentralen Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen, um lokale Netzengpässe proaktiv zu verhindern und so den Netzausbau zu minimieren.
Die Umsetzung eines netzdienlichen Flexibilitätshandels erfordert vier zentrale Komponenten:
Die Monitoringsysteme der Verteilnetzbetreiber liefern neben einer Netzzustandsermittlung in Echtzeit auch eine Prognose für die Netzauslastung in den nächsten Stunden. Dazu greift das System unter anderem auf Netztopologie, Messdaten aus Ortsnetzstationen und aktuelle Verbrauchsdaten zurück. Während die Netzzustandsermittlung die Grundlage für Notmaßnahmen nach § 14a EnWG bildet, werden prognostizierte Netzüberlastungen an die Flexibilitätsplattform übermittelt mit dem Ziel, durch eine proaktive Steuerung das Auftreten des Engpasses zu vermeiden.
Die Flexibilitätsplattform ermittelt auf Basis eines digitalen Zwillings der angeschlossenen Haushalte im betroffenen Ortsnetzbereich mit künstlicher Intelligenz die Flexibilitätspotenziale der steuerbaren Verbrauchseinrichtungen. Diese Flexibilitätsangebote werden mittels eines Marktalgorithmus den Anfragen der Verteilnetzbetreiber gegenübergestellt. Kommt die erforderliche Menge zusammen, erfolgt der Zuschlag und die Flexibilitätsplattform übermittelt einen entsprechenden Fahrplan an die Energiemanagementsysteme der Haushalte.
In den Prosumer-Haushalten übernehmen Energiemanagementsysteme die Verknüpfung und Steuerung der Verbrauchs- und Erzeugungsanlagen, z.B. mit dem Ziel der Eigenverbrauchsoptimierung. Nimmt der Haushalt am Flexibilitätshandel teil, erhält das Energiemanagementsystem bei erfolgreichem Abschluss einer Transaktion einen Fahrplan für den entsprechenden Zeitraum, der beispielsweise die vereinbarten Leistungswerte enthält.
Über ein Frontend kann der Prosumer bzw. der Verteilnetzbetreiber Rahmenbedingungen für den automatisiert ablaufenden Flexibilitätshandel definieren und Details zu vereinbarten oder in der Vergangenheit durchgeführten Handelsvorgänge einsehen. Für das Energiemanagementsystem können Szenarien hinterlegt werden, die situationsbezogen definieren, welche steuerbaren Verbrauchseinrichtungen priorisiert zu betreiben sind.
Neben der Entwicklung bzw. Anbindung dieser vier Komponenten umfasst das Projekt auch die Bearbeitung der folgenden Themengebiete:
Im Rahmen der Nutzerakzeptanz werden auf der Basis von Literaturrecherchen und Befragungen verschiedene Fragestellungen betrachtet. Zum einen wird untersucht, wie der Zugang zu lokalen Flexibilitätsmärkten für Endnutzer möglichst einfach gestaltet werden kann. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Frage, welche Anreize wirksam sind, um Nutzer zu einer aktiven Teilnahme an der Plattform zu motivieren. Zudem wird erforscht, wie Prognosen und Empfehlungen von KI-Algorithmen verständlich und transparent erklärt werden können.
Die Flexibilitätsplattform stellt die Schnittstelle zwischen den Niederspannungsnetzen einerseits und den angeschlossenen Haushalten mit ihren Energiemanagementsystemen andererseits dar und muss höchste Anforderungen an Cyber-Security und Datenschutz erfüllen. Das Projekt befasst sich deshalb mit Anforderungen kritischer Infrastruktur an die Cybersicherheit, indem es den Technologietransfer von bewährten Verfahren, Normen und freiwilligen Leitlinien sowie Forschung in dem Bereich Cybersicherheit für Mikronetze fördert.
Um die Gesamtheit aller im Projekt entwickelten Komponenten zu erproben, werden diese zunächst an einen Laboraufbau angebunden und getestet. Zur Erprobung des Zusammenspiels umfasst der Laboraufbau auch die gesamte Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Netzleitsystem, Steuerbox und dahinter liegenden steuerbaren Verbrauchseinrichtungen. Die Labortests ermöglichen darüber hinaus den Test von Szenarien, die im Feldtest nicht oder nur schwer umzusetzen sind.
Im Rahmen des Feldtests wird die technische Erprobung des gesamten Funktionsumfangs der entwickelten Flexibilitätsplattform in den Netzgebieten der Stadtwerke Saarlouis und Saarbrücken durch Anbindung von Endkunden durchgeführt. Der Feldtest beinhalt auch die prototypische Umsetzung der Steuerung nach § 14a EnWG als Notmaßnahme. Die Erprobung in den Netzgebieten von zwei Verteilnetzbetreibern erfordert die Anbindung an unterschiedliche Niederspannungsmonitoringsysteme und Kommunikationsketten – eine wichtige Voraussetzung für eine spätere Skalierbarkeit der entwickelten Lösung.