Intelligente Stadtviertel im Energieaustausch
Sonnenenergie wird weltweit in zunehmendem Maße als erneuerbare Energiequelle genutzt. Jedoch stellt die Kombination aus steigendem Marktanteil der Solarenergie und der ihr eigenen Inkonsistenz des Angebots hohe Anforderungen an das Stromversorgungsnetz. Dieses Problem begrenzt zudem den Grad der Selbstversorgung von Wohn- oder Geschäftsgebäuden über auf den Dächern montierte stromerzeugende Solarkollektoren. Daher sind die Stromnetzbetreiber dazu verpflichtet, variable Reservesysteme zu unterhalten, von denen die meisten momentan Kohlekraftwerke sind, die den realen Vorteilen der Nutzung erneuerbarer Energien entgegenwirken. Koordinierte Lastverlagerung sowie Speicherung und Austausch von Überschussstrom in Gebäuden in der Nachbarschaft können bei diesen Problemen Abhilfe schaffen und die Stromrechnungen für den Verbraucher verringern sowie Lastspitzen im öffentlichen Netz reduzieren. Unter diesen Schwerpunkten hat das von der EU finanzierte Projekt COSSMIC (Collaborating smart solar-powered micro-grids) eine innovative Lösung eingeführt, die Energieverbrauch und Erzeugung verteilter Energieressourcen steuern kann, wobei der Energieverbrauch an verschiedene Kriterien wie Verfügbarkeit, Preis- und Wetterbedingungen angepasst werden kann. Ein Internet der Energie Die Forscher entwickelten ein innovatives autonomes IKT-System, das Energieverbrauch, -erzeugung und -speicherung steuern kann. Es ermöglicht sowohl die Peer-to-Peer-Kooperation zwischen Mikrostromnetzen (Mikrogrids) in einem Stadtviertel als auch die Zusammenarbeit mit dem öffentlichen Stromnetz. Ebenso wie Informationen über das Internet transportiert und ausgetauscht werden, können als Datennetzwerk agierende Mikronetze eigenständig funktionieren und zum gegenseitigen Nutzen Energie mit der Nachbarschaft austauschen. Zum Beispiel kann eine Mikrostromnetzzelle, die über zuviel Strom verfügt, den Strom zu einem Nachbargebäude übertragen, das zuwenig hat. „Das System wird von den durch die Bewohner festgelegten Präferenzen und Einschränkungen gelenkt und versucht, den Verbrauch durch koordinierte Lastverschiebung an die lokale Energieerzeugung anzupassen“, erklärt Projektkoordinator Hallsteinsen. Er erläutert dann ausführlicher, dass jedes Gebäude mit einem Home-Gateway ausgestattet sei, das dessen energieverbrauchenden Geräte überwacht und steuert. In Kommunikation mit anderen Residential Gateways in den privaten Haushalten versucht man, das Problem der Abstimmung von flexiblen Lasten zu lösen, um den Verbrauch des gesamten Stadtviertels an die erwartete Stromerzeugung in der Nachbarschaft anzupassen. Die Systemarchitektur basiert auf einem in hohem Maße dezentralen agentengestützten Peer-to-Peer-Ansatz, bei dem jedes verbrauchende und erzeugende Gerät in der Umgebung durch einen Agenten repräsentiert wird. Batterien werden durch ein gekoppeltes Paar von Agenten repräsentiert, wobei einer für die Aufladung und einer für die Entladung verantwortlich ist. Die Agenten in einem Wohnviertel verhandeln miteinander, um den Verbrauch an die vorhergesagte Stromerzeugung anzupassen, indem Lasten rechtzeitig innerhalb der von den Einwohnern festgelegten Einschränkungen verschoben werden. Das System lernt ganz automatisch das Verbrauchsprofil der stromverbrauchenden Geräte und nutzt Wettervorhersagen, um die Stromerzeugung von angeschlossenen Solarzellen prognostizieren zu können und damit eine optimale Koordinierung zu ermöglichen. Die Speicherung des Stroms kann entweder durch Batterien oder auch batteriebetriebene Einheiten erfolgen, die zeitweilig zum Laden (z. B. von Elektrofahrzeugen) verbunden sind. Intelligente Öko-Stadtviertel Das neue System von COSSMIC gestattet den Verbrauchern die Beschaffung von Energie in Echtzeit zu deutlich niedrigeren Kosten sowie eine bessere Investmentrendite für ihre Photovoltaikanlagen. Neben der Kostensenkung können Mikrogrids, die erneuerbare Energien, konventionelle fossile Energien, Energiespeicherung und Lastmanagement auf optimale Weise kombinieren und steuern, die Umweltauswirkungen der Stromerzeugung mildern. Sie stellen außerdem einen Beitrag zum Übergang zu einem nachhaltigeren und intelligenteren System der Stromversorgung bei. Das Überwachungsteil aus dem neuen System wurde in 12 Gebäuden der Stadt Konstanz (Deutschland) und in 5 Gebäuden in der Provinz Caserta (Italien) installiert. Simulationen der koordinierten Lastverschiebung auf Grundlage der gesammelten Daten belegen die Realisierbarkeit von intelligenten Stadtvierteln mit autarken, energieeffizienten Gebäuden entsprechend der Vorschläge von COSSMIC.
Schlüsselbegriffe
intelligente Stadtviertel, Energieverbrauch, erneuerbare Energien, Lastverlagerung, Lastverschiebung, COSSMIC, Mikronetze, Mikrostromnetze, Mikrogrids, Peer-to-Peer-Architektur
