Wie das Projekt AMAZING die Generierung von Netzmodellen automatisiert
Die Energiewende stellt Verteilnetzbetreiber vor eine zentrale Herausforderung: Immer mehr Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen und Ladeeinrichtungen verändern Erzeugung und Verbrauch in den Niederspannungsnetzen. Um Netzanschlüsse zuverlässig zu bewerten und den Ausbau vorausschauend zu planen, benötigen Netzbetreiber aktuelle und rechenbare Modelle ihrer Netze. Das Forschungsprojekt AMAZING zeigt, wie sich Daten aus unterschiedlichen Bestandssystemen zusammenführen und für die automatisierte Erstellung rechenbarer Netzmodelle nutzen lassen.
Die Energiewende als Herausforderung für Verteilnetze
Das Energiesystem in Deutschland befindet sich in einem grundlegenden Umbau. Strom wird zunehmend dezentral erzeugt und direkt in die Verteilnetze eingespeist. Dort entstehen immer mehr dezentrale Erzeugungsanlagen, insbesondere Photovoltaikanlagen. Gleichzeitig schreitet die Elektrifizierung weiterer Sektoren voran: Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen erhöhen den Strombedarf in privaten Haushalten, Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen.
Dadurch wird die Niederspannungsebene, die historisch vor allem für passive Verbraucher ausgelegt war, zunehmend zu einem aktiven Teil des Energiesystems. Die Bundesnetzagentur macht deutlich, dass der Ausbau erneuerbarer Erzeugungsanlagen sowie der erwartete Zuwachs bei Elektromobilität und elektrischer Wärmeversorgung die Bedeutung der Verteilnetze für den Netzausbau und die Systemstabilität erhöhen.
Für Verteilnetzbetreiber bedeutet diese Entwicklung eine erhebliche Veränderung ihrer Aufgaben. In vielen Ortsnetzen werden heute Anlagen angeschlossen, auf deren gleichzeitigen Betrieb die Netze ursprünglich nicht ausgelegt waren. Überschüssiger Strom aus Photovoltaikanlagen wird beispielsweise in das Netz eingespeist, während Wärmepumpen und Ladeeinrichtungen zusätzliche Leistung beziehen.
Entscheidend sind dabei nicht nur die Anzahl und die Leistung der neuen Anlagen, sondern auch ihre Erzeugungs- und Verbrauchsprofile im Tagesverlauf. Werden viele Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen oder Wärmepumpen betrieben, können lokale Lastspitzen entstehen. Viele Niederspannungsnetze sind auf den schnellen Zubau und den zeitgleichen Betrieb solcher Anlagen bislang nicht ausgelegt.
Digitalisierung als Lösung
Für Netzbetreiber wird ein präziseres Bild des tatsächlichen Netzzustands zur Voraussetzung dafür, Anschlussbegehren, Netzplanung und Betrieb zuverlässig aufeinander abstimmen zu können. Digitale Werkzeuge können dabei unterstützen, die steigende Komplexität beherrschbar zu machen.
Ein wichtiger Anwendungsfall ist die digitale Abwicklung von Netzanschlussbegehren: Statt jedes Vorhaben vollständig manuell zu bewerten, können digitale Zwillinge helfen, Anschlussmöglichkeiten schneller und konsistenter zu prüfen. In der Zielnetzplanung lassen sich mit digitalen Zwillingen verschiedene Ausbau- und Betriebsvarianten vergleichen, und zwar bevor Investitionen ausgelöst werden.
Auch der Einsatz steuerbarer Verbrauchseinrichtungen gewinnt an Bedeutung. Er ist besonders wirksam, wenn Netzbetreiber nicht nur pauschal steuern, sondern den aktuellen und erwarteten Netzzustand berücksichtigen können. Dafür sind Netzzustandsschätzung, Messdatenintegration und Prognosen des zukünftigen Netzzustands zentrale Bausteine.
All diese Anwendungsfälle setzen allerdings voraus, dass ein korrektes, rechenbares Modell des betrachteten Netzes vorliegt. Für viele, insbesondere kleinere Verteilnetzbetreiber, ist das allerdings derzeit nicht der Fall.
Das Projekt AMAZING
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt AMAZING verfolgt das Ziel, rechenbare Netzmodelle künftig kosteneffizienter bereitzustellen. Die notwendigen Daten sollen dabei mit hohem Automatisierungsgrad aus heterogenen Datenquellen gewonnen werden.
Ein wesentlicher Baustein ist dabei die zentrale Datendrehscheibe EDDIE, die im Projekt von der Fichtner IT Consulting GmbH entwickelt und betrieben wird und die flexible Anbindung bestehender Datenquellen ermöglicht. Dazu zählen Geoinformationssysteme (GIS), Enterprise-Resource-Planning-Systeme (ERP), intelligente Messsysteme (iMSys) sowie Messtechnik aus dem Netzbetrieb. Darüber hinaus stellt EDDIE Funktionen für Prozessautomatisierung, Datenverarbeitung und Systemintegration bereit und dient damit als zentrale Orchestrierungsinstanz.
Aus den zentral bereitgestellten Daten werden durch innovative Algorithmen, welche vom
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem FZI Forschungszentrum Informatik entwickelt werden, hoch automatisiert rechenbare Netzmodelle erzeugt. Dies geschieht täglich auf Basis des jeweilig letzten Datenstandes. Ein wesentliches Novum ist dabei die modulare Softwarearchitektur: Sie erlaubt es, die Verfahren effizient an die Datenkonvention anderer Verteilnetzbetreiber anzupassen.
Die erzeugten rechenbaren Netzmodelle können anschließend exportiert und in gängigen Netzplanungs- und Betriebssoftwarelösungen verwendet werden. In AMAZING wird dies mit der von der retoflow GmbH bereitgestellten etablierten Netzplanungssoftware für verschiedene Anwendungsfälle demonstriert. Die nachfolgende Grafik verdeutlicht das beschriebene Zusammenspiel.
