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Die Energiewende in Deutschland birgt gänzlich neue Herausforderungen für die Energiever-sorgung. Adäquate und zuverlässige Energiesysteme und insbesondere ein stabiles elektri-sches Energieversorgungsnetz sind die Grundvoraussetzung einer leistungsfähigen Wirt-schaft. Der Wechsel zu fluktuierenden erneuerbaren Energien (EE) geht mit der geographi-schen Verschiebung der Erzeugungsschwerpunkte in ländliche Räume und der zeitlichen Ver-schiebung zwischen Erzeugung und Verbrauch einher. Dies führt zu neuen Anforderungen an Struktur und Regelung des Elektrizitätsversorgungsnetzes. So würde das EE-Angebot zuneh-mend ungenutzt bleiben, da zu vielen Zeitpunkten weder ausreichend Last noch Speicher zur Verfügung stehen. Gleichzeitig müsste für Zeiten mangelnder EE-Erzeugung eine gesicherte konventionelle Erzeugungsleistung mindestens in Höhe der Spitzenlast vorgehalten werden. Die punktuell hohen Erzeugungsleistungen beeinflussen zudem die Spannungsqualität und die thermische Belastung der Betriebsmittel. Zur erfolgreichen Integration großer Mengen fluk-tuierenden EE-Stroms muss das Energieversorgungssystem daher deutlich flexibler werden. Die notwendige Flexibilität kann grundsätzlich durch Speicher, Eingriffe auf Erzeugungs- und auf Verbraucherseite, durch die Bereitstellung ausreichend hoher Übertragungskapazitäten sowie durch die Kopplung mit anderen Sektoren, beispielsweise den Energiesystemen Wärme- und Gasversorgung oder der Mobilität bereitgestellt werden.
Um die Sicherheit der Stromversorgung auch bei weiter zunehmender Integration fluktuieren-der EE zu garantieren muss die bestehende Netzinfrastruktur und der Netzbetrieb angepasst und weiterentwickelt werden. Im Folgenden wird ein neues Konzept - der „Ansatz der zellu-laren Netzstruktur“ - vorgestellt, mit dem diese Anpassung gelingen soll.
Der Ansatz der zellularen Netzstruktur sieht vor, die Energieversorgungssysteme „horizon-tal“ sektorübergreifend miteinander zu verknüpfen und die geographischen Regionen mit hie-rarchisch strukturierten „Energiezellen“ zu überziehen. Ein Energieausgleich aufgrund einer Unter- oder Überdeckung erfolgt so direkt über hierarchisch benachbarte Zellen innerhalb ei-nes Sektors (z.B. Niederspannungs-, Mittelspannungs-, Hochspannungsnetz) oder auch über Sektorengrenzen hinweg (Elektrizität, Wärme, Gas, Mobilität).
Ziel des Projekts ist es, ein Konzept für Aufbau und Betrieb eines auf hierarchisch zellularen Strukturen basierenden Energiesystems für Deutschland bei sehr hoher Durchdringung mit erneuerbaren Energien zu entwickeln. Die wirtschaftliche Bereitstellung von Flexibilitätsoptio-nen, energiewirtschaftliche Aspekte und die Systemsicherheit stehen im Vordergrund. Im Ge-gensatz zu anderen Projekten, die einen „Greenfield“-Ansatz1 verfolgen, soll eine wirtschaftlich tragbare Lösung gefunden werden, welche das Energiesystem (Wärme, Elektrizität, Gas) un-ter Berücksichtigung europäischer Rahmenbedingungen formiert und weiterentwickelt („evo-lutionäre Migration“). Dafür wird durch Demonstration der Schnittstellen je einer ländlich, städ-tisch und industriell geprägten Zelle auf eine überschaubare Anzahl von Zelltypen gezielt, die auf typische Anforderungen zugeschnitten sind und mit denen das Gesamtsystem abgebildet werden kann. Ein Migrationskonzept für den Übergang von den heutigen Strukturen hin zu einem zellularen Ansatz ist explizites Projektziel.

01.05.2019 - 30.04.2022

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national

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Energie, Mobilität und Umwelt

Ja

Nein

Nein

Ansatz der zellularen Netzstruktur