Energieströme managen, Stromnetze stabil halten

Das Energiesystem der Zukunft wird stärker dezentral sein und muss mit Schwankungen durch Wind und Wetter umgehen können. „Uns beschäftigt das Problem, wie wir die künftigen Energieströme managen, um die Stromnetze stabil zu erhalten, also Erzeugung und Verbrauch im Gleichgewicht zu halten“, sagt Veit Hagenmeyer, Leiter des Instituts für Automation und angewandte Informatik (IAI). Windräder und Photovoltaikanlagen liefern nicht zu jeder Zeit gleich viel Strom, ihre Einspeisungen ins Verbundnetz unterliegen Schwankungen. Statt nur weniger zentraler Kraftwerke versorgen künftig vermehrt dezentralere Einheiten die Konsumierenden mit Strom aus unterschiedlichen Energieträgern. Zudem speisen manche Nutzende ihrerseits eigenproduzierten Strom ins Netz ein. Diese Vielgestaltigkeit und Flexibilität stellt die Netzleitstellen vor anspruchsvolle Aufgaben. Bei einer unvorhergesehenen Netzstörung etwa stellen Turbinen und Generatoren die in der Masse ihrer riesigen Schwungräder gespeicherte Energie – die Trägheitsreserve – sekundenschnell zur Verfügung - Wind- und Sonnenenergie jedoch leisten diese Notversorgung nicht. „Nur mit intelligenter Steuerung und geeignetem Speichermanagement sind diese Herausforderungen effizient und effektiv in den Griff zu bekommen“, betont der Ingenieur mit dem Schwerpunkt Technische Kybernetik, die sich mit der Dynamik technischer Systeme befasst. Hagenmeyer entwickelt Informatikmethoden für die Automatisierung der zukünftigen Energieversorgung in den Feldern Modellierung, Simulation, Regelungstechnik, Prognose und des informations- und kommunikationstechnologisch gestützten Betriebs. Damit das komplexe Energiesystem eine zuverlässige Stromversorgung gewährleistet, müssen unter anderem Energiezustandsdaten erfasst, analysiert und genutzt werden, welche die jeweils aktuelle Situation der Lastflüsse abbilden.

Anhand realer Daten untersuchen Forschende des IAI am EnergyLab 2.0 am KIT, einer von Bund und Land geförderten interdisziplinären Plattform zur Erprobung innovativer Energiekonzepte, neue Informatik-Ansätze zur Stabilisierung der Energienetze. Dort werden im Smart Energy Simulation and Control Center des EnergyLab 2.0 Softwarekomponenten zur Optimierung von Energienetzen entwickelt. Gemeinsam mit Industriepartnern  nimmt der Energieinformatiker unter anderem die Verknüpfung der Strom-, Wärme- und Gasnetze – die energiewirtschaftliche Sektorkopplung – anwendungsorientiert in den Blick, um die im Energiekonzept 2050 der Bundesregierung angestrebte CO₂-Reduktion weiter voranzutreiben. Ebenfalls am EnergyLab 2.0 beteiligt sind aus der Helmholtz-Gemeinschaft das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie das Forschungszentrum Jülich. In der Förderinitiative „Kopernikus-Projekte für die Energiewende“ der Bundesregierung ist Hagenmeyer am Projekt „ENSURE: Neue Netzstrukturen für die Zukunft“ beteiligt. (afr)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Veit Hagenmeyer her.

Fotonachweis:
Foto EnergyLab 2.0: Andreas Drollinger, KIT
Porträt Prof. Veit Hagenmeyer, IAI, KIT: Tanja Meißner, KIT