SINTEG Schaufenster intelligente Energie

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1 SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE SINTEG Schaufenster intelligente Energie Ein Programm zur Förderung von Schaufensterregionen für die Energieversorgung der Zukunft

2 Impressum Herausgeber Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Öffentlichkeitsarbeit Berlin Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ist mit dem audit berufundfamilie für seine familienfreundliche Personalpolitik ausgezeichnet worden. Das Zertifikat wird von der berufundfamilie ggmbh, einer Initiative der Gemeinnützigen Hertie-Stiftung, verliehen. Gestaltung und Produktion LoeschHundLiepold Kommunikation GmbH, Berlin Stand Februar 2018 Druck Laserline Druckzentrum Berlin GmbH & Co. KG Bildnachweis Designetz (S. 10), LHLK (S. 12), enera (S. 13), Jan-Simon Huußmann (S. 14), Christian Spahrbier (S. 15), heimrich&hannot/50hertz (S. 17) Diese Broschüre ist Teil der Öffentlichkeitsarbeit des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Sie wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Nicht zulässig sind die Verteilung auf Wahlveranstaltungen und an Informationsständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben von Informationen oder Werbemitteln. Weitere Broschüren erhalten Sie bei: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Referat Öffentlichkeitsarbeit Zentraler Bestellservice: Telefon: Bestellfax:

3 SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE SINTEG Schaufenster intelligente Energie Ein Programm zur Förderung von Schaufensterregionen für die Energieversorgung der Zukunft

4 4 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE

5 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 5 Inhaltsverzeichnis SINTEG: Schaufenster intelligente Energie Digitale Agenda für die Energiewende Ein Programm zur Förderung von Schaufensterregionen für die Energieversorgung der Zukunft...6 Lösungen für die Digitalisierung der Energiewirtschaft in fünf Modellregionen Schaufenster C/sells Großflächiges Schaufenster im Solarbogen Süddeutschland...8 Schaufenster Designetz Drei Bundesländer erproben das Stromnetz der Zukunft Schaufenster enera Digitalisierung der Energieversorgung Schaufenster NEW 4.0 Innovationsallianz für den Norden Schaufenster WindNODE Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands Gemeinsam zum Ziel SINTEG als Netzwerk für die Bearbeitung wichtiger Herausforderungen der Energiewende... 18

6 6 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE SINTEG: Schaufenster intelligente Energie Digitale Agenda für die Energiewende Ein Programm zur Förderung von Schaufensterregionen für die Energieversorgung der Zukunft Die Energiewende ist keine ferne Zukunftsvision mehr, sondern ein Erfolgsprojekt, auf das Deutschland stolz sein kann. Heute stammt ein Drittel unseres Stroms aus Wind, Sonne, Wasser und Biomasse. Dadurch werden wir immer unabhängiger von Atom- und Kohlestrom und schonen das Klima. Gleichzeitig verbrauchen wir immer weniger Energie, obwohl die Wirtschaft wächst. Jetzt ist es Zeit, die nächsten Schritte zu gehen Wir haben uns zum Ziel gesetzt, dass bis zum Jahr 2050 mindestens 80 Prozent des verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energien kommen und die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 Prozent im Vergleich zu 1990 zurückgehen. Um dieses Ziel zu erreichen, genügt es nicht, einfach mehr Windenergie- und Solaranlagen zu bauen. Das Stromsystem insgesamt muss flexibler und intelligenter werden. Die Netze müssen ausgebaut und an die neuen Herausforderungen angepasst werden. Erzeugung, Netze, Verbrauch und Speicherung müssen intelligent zusammenwirken. Heizungen, Autos und Industrie müssen immer mehr erneuerbaren Strom nutzen statt fossiler Brennstoffe. Für all dies brauchen wir innovative Technologien und Verfahren sowie die Digitalisierung der Energiewirtschaft. Aktuelle Fragen werden beantwortet Wie kann das System funktionieren, wenn erneuerbare Energien zeitweise 100 Prozent des Stroms liefern? Wie müssen sich die Netze verändern? Welche neuen Geschäftsmodelle bringt die Digitalisierung? Wie bleiben persönliche Daten geschützt und das System vor Hackerangriffen sicher? Wie können private Verbraucher und kleine Erzeuger ihre Flexibilitäten vermarkten? Wie kann eine effiziente Sektorkopplung von Strom, Wärme und Verkehr aussehen? Bei SINTEG hat die Zukunft schon begonnen Mit dem Förderprogramm SINTEG Schaufenster intelligente Energie Digitale Agenda für die Energiewende wollen wir in fünf großen Modellregionen ( Schaufenster ) Lösungen entwickeln und demonstrieren. Dabei werden sowohl technische als auch wirtschaftliche und rechtliche Herausforderungen angegangen. Die Schaufenster arbeiten zum Beispiel an digitalen Marktplattformen zur Vernetzung und Nutzung von flexiblen Erzeugern und Verbrauchern, z. B. um Netzengpässe zu vermeiden, oder an Handy- Applikationen für den Austausch von Energie. Im Fokus stehen sichere, effiziente und massengeschäftstaugliche Verfahren, innovative Technologien sowie Marktmechanismen für flexible, intelligente Netze und Märkte. Die besten Lösungen sollen als Vorbild für eine breite Umsetzung in ganz Deutschland dienen. Jedes Schaufenster findet vor Ort andere Voraussetzungen vor und hat einen anderen Fokus. Alle setzen jedoch auf die Digitalisierung. Zum Beispiel werden digitale Marktplattformen für den Austausch von Energie geschaffen, mit denen beispielsweise auch viele kleine Batteriespeicher von Privathaushalten gebündelt werden können, um das Netz zu stabilisieren. Es wird auch eine intelligente Steuerungstechnik in Industriebetrieben eingeführt. Dadurch können diese die Produktion je nach Strompreis anpassen und z. B. ihre Produktion automatisch steigern, wenn es viel Strom aus erneuerbaren Energien gibt. Reallabor für die Digitalisierung der Energiewende Ziel des SINTEG-Programms ist es auch, in der Praxis erprobte Erfahrungen für die zukünftige Weiterentwicklung des Rechtsrahmens zu sammeln. Hierfür hat die Bundesregierung eine Verordnung mit zeitlich befristeten Experimentieroptionen beschlossen. Durch die Verordnung erhalten die Schaufenster die Möglichkeit, ohne wirtschaftliche Nachteile neue Technologien, Verfahren und Geschäftsmodelle zu testen, beispielsweise zur Digitalisierung und zur Sektorkopplung Strom-Wärme. Dadurch können Innovationen schneller vom Labor in den Praxistest und schließlich in den Markt gelangen. Mit SINTEG schaffen wir damit ein Reallabor für die Digitalisierung der Energiewende. In allen fünf Schaufenstern kooperieren verschiedenste Partner aus der Energiewirtschaft sowie der Informationsund Kommunikationsbranche. Seit Dezember 2016 arbeiten mehr als 300 Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Kommunen, Landkreise und Bundesländer gemeinsam an der Energiewelt von morgen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt diese Arbeit mit über 200 Millionen Euro Fördermitteln. Dazu kommen eigene Mittel der beteiligten Unternehmen. Insgesamt werden in den nächsten vier Jahren durch das SINTEG- Programm über 500 Millionen Euro in die Zukunft des Energiesystems investiert.

7 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 7 Lösungen für die Digitalisierung der Energiewirtschaft in fünf Modellregionen Mit dem Förderprogramm SINTEG werden in fünf großen Modellregionen sogenannten Schaufenstern Lösungen für die Digitalisierung der Energiewirtschaft entwickelt und demonstriert. Jedes Schaufenster findet vor Ort andere Voraussetzungen vor und hat einen anderen Schwerpunkt: C/sells: Großflächiges Schaufenster im Solarbogen Süddeutschland Das Schaufenster C/sells in Baden-Württemberg, Bayern und Hessen hat den Schwerpunkt Sonne. Dabei steht die regionale Optimierung von Erzeugung und Verbrauch im Fokus. Es soll ein zellulär strukturiertes Energiesystem aufgebaut werden ( Cells ), also autonom handelnde, regionale Zellen, die im überregionalen Verbund miteinander agieren. Diese greifen u. a. auf mehr als geplante intelligente Messsysteme zurück. Designetz: Baukasten Energiewende Von Einzellösungen zum effizienten System der Zukunft Im Schaufenster Designetz werden in den Bundesländern Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und Saarland Lösungen für eine intelligente Energie-Infrastruktur entwickelt. Diese soll eine flexible und sichere Versorgung mit dezentral erzeugtem Strom aus erneuerbaren Energien effizient ermöglichen. Erprobt wird dabei das lokale, regionale und überregionale Zusammenspiel von Erzeugung und Verbrauch. Durch die Heterogenität der Modellregion können nahezu alle Versorgungsaufgaben des Jahres 2035 für ganz Deutschland simuliert werden. enera: Der nächste große Schritt der Energiewende Im Schaufenster enera in Niedersachsen geht es u. a. um regionale Systemdienstleistungen, um lokal das Netz zu stabilisieren. enera adressiert die drei Schwerpunkte: Netz, Markt und Daten. Im Bereich Netz soll durch technisches Nachrüsten von Erzeugern, Verbrauchern und Speichern, bzw. deren Neuinstallation, und durch die Ertüchtigung des Netzes mit neuen Betriebsmitteln das Energiesystem technisch flexibilisiert werden. Im Bereich Markt und Handel soll die Strombörse EPEX ihre Orderbücher im Intraday-Markt um Informationen zum Standort der Stromerzeugungsanlagen erweitern. Damit dieser Handel reibungslos funktioniert, muss eine entsprechende digitale Infrastruktur geschaffen werden. Es ist geplant, das Netz mit über intelligenten Messsystemen und Sensoren auszurüsten und an das Kommunikationsnetz anzubinden. SINTEG Schaufenster intelligente Energie Digitale Agenda für die Energiewende Ziel: In SINTEG werden in fünf Schaufensterregionen skalierbare Musterlösungen für technische, wirtschaftliche und regulatorische Herausforderungen der Energiewende entwickelt und demonstriert. Dabei stehen insbesondere sichere, effiziente und massengeschäftstaugliche Verfahren, innovative Technologien sowie Marktmechanismen für flexible, intelligente Netze und Märkte im Fokus. Laufzeit: Projektpartner: über 300 Fördersumme: über 200 Millionen Euro Ansprechpartner: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sinteg@bmwi.bund.de NEW 4.0 Norddeutsche EnergieWende: Von der Stromzur Energiewende Das Schaufenster NEW 4.0 in Schleswig-Holstein und Hamburg soll zeigen, dass die Gesamtregion bereits 2035 sicher und zuverlässig mit Strom aus 100 Prozent regenerativer Energie versorgt werden kann. Im Rahmen einer Doppelstrategie sollen regionale Abregelungen von Windenergieanlagen in der Modellregion durch einen erhöhten Stromexport in andere Regionen reduziert werden. Gleichzeitig soll die energetische Selbstversorgung, also der Verbrauch von regenerativ erzeugter Energie in der Region, durch geeignete Flexibilitätskonzepte und Sektorkopplung gesteigert werden. WindNODE: Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands Das Schaufenster WindNODE umfasst die fünf ostdeutschen Länder und Berlin. Ziel ist eine effiziente Einbindung von erneuerbarer Erzeugung in einem energieträgerübergreifend optimierten System aus Strom-, Wärme- und Mobilitätssektor. Bei WindNODE sind alle Akteure eines zukünftigen, intelligenten Energiesystems repräsentiert Erzeuger, Nutzer, Stromnetze, Märkte und wirken zusammen, um Flexibilitäten zu koordinieren. Im Mittelpunkt des Projekts steht die Perspektive des Nutzers. In neun Demon stratoren werden innovative Anwendungen auf allen Ebenen des vernetzten Energiesystems vorgestellt und miteinander zu einem Gesamtmodell verbunden.

8 8 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE Schaufenster C/sells Großflächiges Schaufenster im Solarbogen Süddeutschland C/sells im Überblick Modellregion: Baden-Württemberg, Bayern, Hessen Ziel: Zelluläre Energiesysteme mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien für eine umweltverträgliche, effiziente, komfortable und sichere Energiestruktur werden entwickelt und großflächig demonstriert. Laufzeit: Januar 2017 bis Dezember 2020 Fördersumme: rund 44 Millionen Euro Partner: 58 Ansprechpartner: Fichtner IT Consulting AG Dr. Albrecht Reuter Telefon: Wie kommt elektrischer Strom zuverlässig dorthin, wo er gebraucht wird? Das Projekt C/sells will diese Herausforderung der Energiewende mit intelligenten Netzen meistern und im Solarbogen Süddeutschland ein Schaufenster für die Energieversorgung von morgen errichten. Wie das vonstattengeht, erklärt Dr. Albrecht Reuter, Gesamtprojektleiter von C/sells. Herr Dr. Reuter, was hat es mit dem Solarbogen Süddeutschland auf sich? Wir wollen mit digitalen Technologien ein überregionales, dezentrales, intelligentes Stromnetz aufbauen. Darin beziehen wir alle verfügbaren regenerativen Ener giequellen unserer Region mit ein, etwa die Wind kraft aus Hessen und die Solarenergie aus Bayern und Baden-Württemberg. Diese beiden Länder sind Spitzenreiter bei der Erzeugung von Solarenergie und erbringen knapp die Hälfte der Photo voltaikleistung Deutschlands mit weiteren Ausbaupotenzialen in den nächsten Jahren. Wie funktioniert der Solarbogen? Unser Energiesystem besteht aus vielen unterschiedlichen Zellen, das können Städte, Quartiere, Straßenzüge und auch Areale wie Flughäfen oder Industriegebiete sein. Bei C/sells erproben wir in mehr als 30 solcher Demonstrationszellen das Energiesystem der Zukunft. Solaranlagen und Windparks fallen in die Kategorie Erzeugung, Übertragungsund Verteilnetze in Netze und Immobilien, Quartiere und Städte in Verbrauch. Die Zellen bilden gemeinsam die Infrastruktur unseres Energiesystems, das wir digitalisieren wollen. Denn so können wir den gesamten Energieversorgungsprozess präzise und automatisch mithilfe digitaler Technologien steuern. Das hat Vorteile: Einerseits kann jede Zelle Energie selbst erzeugen, verteilen und nutzen ganze Städte erhalten so ein autonomes Energiemanagement. Andererseits können wir die Zellen durch digitale Technik miteinander verbinden. Strom kann dann automatisch dorthin gesteuert werden, wo er gerade gebraucht wird. Produziert zum Beispiel ein Dorf zur Mittagszeit zu viel Solarstrom, wird die überschüssige Energie ins Netz eingespeist. Wenn es einen Peak in der Stromerzeugung gibt, wird der Überschuss gespeichert. Wenn jedoch die Industrie in der Region Bedarf an zusätz lichem Strom hat, werden sie mit dem Überschuss aus dem Dorf versorgt. Digitale Technologien geben also jeder Zelle unserer Infrastruktur die Flexibilität, um die Schwankungen der erneuerbaren Energien auszugleichen. So trägt ein intelligentes Energienetz auch zur Versorgungssicherheit bei. Wie wollen Sie den Solarbogen in die Tat umsetzen? Drei zentrale Instrumente bilden die Grundstruktur des C/sells-Projekts und stellen zugleich seine Verbindungsglieder dar. Dabei handelt es sich um das Infrastruktur-Informationssystem (IIS), die Abstimmungskaskade und den regionalisierten Handel mit Energie und Flexibilitäten. Das erste Instrument IIS stellt den Markt- und Netzakteuren verschiedene Informations- und Zugriffsdienste mit den dazu erforderlichen Instrumenten bereit, um die Optimierung sowohl auf Zellebene als auch im Zellverbund zu

9 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 9 ermöglichen und einen Marktzugang für Flexibilitäten zu schaffen. Das IIS sorgt dafür, dass der Informations- und Datenaustausch zwischen den Zellen wirtschaftlich, interoperabel und sicher stattfindet. Hierzu unterstützt das IIS Energienetze, Energie(dienstleistungs-)märkte und Liegenschaften mit gemeinsamen Informationen und Kommunikationstechniken. Das IIS besteht aus Komponenten der Sensorik, der Aktorik, des Kommunikationssystems und gemeinsamer Basisdienste. Das zweite Instrument, die sogenannte Abstimmungskaskade, sorgt dafür, dass die Netze über alle Spannungsebenen hinweg rasch und weitgehend automatisiert kommunizieren und agieren. Dies ist in einer erneuerbaren Energiewelt eine Grundvoraussetzung für ein stabiles Netz. Dem Zellgedanken folgend, gelingt es, erkannte oder prognostizierte kritische Netzzustände automatisiert sowohl innerhalb der Zelle als auch im Zellverbund zu beheben. Vor diesem Hintergrund wurde eine Bewertungslogik des Netzzustandes in Form einer Ampel mit grünen, gelben und roten Netzzuständen eingeführt. Die in C/sells konzipierte automatisierte Abwicklung von Maßnahmen zur Sicherung der Netzstabilität minimiert die Dauer von roten Phasen. Damit wird eine gleichberechtigte und ungehinderte Entfaltung der Akteursvielfalt ermöglicht, wobei die Netzbetreiber die Vermittlerrolle übernehmen, indem sie die Netzinfrastruktur diskriminierungsfrei dem Markt zur Verfügung stellen. Das dritte Instrument betrifft den regionalisierten Handel mit Energie-Dienstleistungen und Produkten. Der Handlungsspielraum der C/sells-Akteure ist nicht mehr auf einen einzigen Fokus beschränkt. Stattdessen sind sie in der Lage, sowohl regional Energie und Flexibilität zu kaufen und zu verkaufen als auch auf den heute bereits existierenden, zentralen Märkten zu handeln und somit Erlöse zu erzielen. Eine Möglichkeit, den regionalisierten Handel umzusetzen, besteht in der Schaffung regionaler Märkte (kurz: Regiomärkte). Zudem können zentrale Märkte um regionalisierte Produkte erweitert werden. Ungeachtet der genauen Ausgestaltung des regionalisierten Handels steht es den C/sells-Akteuren frei, die Netzbetreiber bei Engpasssituationen im Netz zu unterstützen (z. B. Batterie speicher speisen bei geringer Photovoltaik-Erzeugung ein), den Strom untereinander zu handeln (z. B. Verkauf des Stroms an einen Abnehmer im Nachbardorf) oder wie bereits heute zentral zu verkaufen (an der Strombörse oder am Regelenergiemarkt). Der C/sells-Handel schafft vielfältige Partizipationsmöglichkeiten und gibt allen Akteuren im zukünftigen Energiesystem einen ökonomischen Rahmen. Das C/sells-Marktdesign berücksichtigt dabei die Umsetzbarkeit der Energieflüsse aufgrund physikalischer Netzrestriktionen im Rahmen der Ampelphasen und die Wechselwirkungen unterschiedlicher, parallel existierender Märkte mit regionalisierten und nicht regionalisierten Produkten. Um die Plattform praxistauglich zu machen, müssen wir noch Antworten auf einige technische Fragen finden. Wir wissen, dass unser Energiesystem künftig stärker Cyberattacken ausgesetzt sein wird. Deshalb entwickeln wir hohe Standards für Datenschutz, Informations- und Funktionssicherheit. Zugleich forschen wir an individuell auf die einzelnen C/sells-Zellen zugeschnittenen Kombinationen von Kommunikationstechnologien wie Mobilfunk, Ethernet, Glasfaser, DSL und Powerline, um die Defizite des Mobilfunks auszugleichen. Die Mobilfunktechnologie erfasst manche Punkte in unserem Energienetz nicht und würde sie damit vom Solarbogen ausschließen. Zudem nützt Ihnen die beste Idee nichts, wenn sie nicht auf einem soliden juristischen Fundament gründet oder unrentabel ist. Deshalb wollen wir uns in die Erarbeitung eines geeigneten rechtlichen Rahmens für intelligente Energienetze einbringen und einen Beitrag dazu leisten, dass sich die Energiewende wirtschaftlich trägt. Wie können Betriebe und Menschen wirtschaftlich vom Solarbogen profitieren? Mit der Digitalisierung der Energieinfrastruktur eröffnen wir Chancen für neue Geschäftsmodelle, Dienstleistungen und Produkte. Sowohl Energieerzeuger und Netzbetreiber als auch Bürgerinnen und Bürger sollen dieses wirtschaftliche Potenzial nutzen können. Schon heute produzieren beispielsweise rund Menschen in Süddeutschland selbst Strom. Durch neue Ideen und Maßnahmen wollen wir dazu beitragen, den Kreis der Profiteure von der Energiewende zu vergrößern und so auch für mehr Akzeptanz sorgen. In mehr als 30 Demonstrations- und neun Partizipationszellen erproben wir die Leitidee von C/sells: Ein Energiesystem, das zellulär, partizipativ und vielfältig angelegt ist, soll für die kommenden Generationen nachhaltig funktionieren und Bestand haben.

10 10 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE Schaufenster Designetz Drei Bundesländer erproben das Stromnetz der Zukunft Designetz im Überblick Modellregion: Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Saarland Ziel: Designetz integriert Einzellösungen insbesondere über eine optimierte markt-, system- und netzdienliche Nutzung von Flexibilitäten zu einem effizienten, stabilen und damit zukunftsfähigen Gesamtsystem. Laufzeit: Januar 2017 bis Dezember 2020 Fördersumme: rund 29 Millionen Euro Partner: 47 Ansprechpartner: innogy SE Torsten Knop Telefon: Die Energiebranche forscht bereits im Labor und in kleineren Projekten an der Stromversorgung der Zukunft. Dabei werden teilweise clevere Einzellösungen gefunden, die sich auch erfolgreich umsetzen lassen. Was im Kleinen also bereits funktioniert, soll nun auch im großen Kontext gelingen mit dem Projekt Designetz. Rund 50 Partner aus Energiewirtschaft, Industrie, Kommunen, Forschung und Entwicklung möchten gemeinsam diese Frage beantworten: Wie erreichen wir eine klima freundliche, verlässliche und effiziente Energieversorgung bei wachsenden Anteilen an schwankender Stromerzeugung aus Wind und Sonne? Im Fokus stehen dabei digitale und intelligente Verteilnetze, die sich vor dem Hintergrund zunehmend dezentraler Erzeugung immer mehr von einer Einbahnstraße zur Zweibahnstraße für Strom entwickeln. Aber auch innovative Speichertechnologien, Energieplattformen und steuerbare Lasten spielen eine Rolle. In Designetz werden durch ein innovatives Verbundsystem lokale, regionale und überregionale Ebenen miteinander verbunden. Damit können Angebot und Nachfrage auf lokaler oder regionaler Ebene direkt ausgetauscht, bei Bedarf aber auch überregional abgedeckt werden. Die folgenden Beispiele zeigen, dass Designetz unterschiedlichste Versorgungsaufgaben für die Mehrzahl deutscher Regionen simulieren kann. Designetz: Das Schaufenster umfasst nicht nur Ballungsräume, sondern auch ländliche Regionen.

11 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 11 Designetz in Nordrhein-Westfalen: Energieversorgung im Ballungsraum Ausflug zur Zeche Zollverein im Frühling: Mitten in die ruhige Sonntagsvormittagsidylle platzt eine Gruppe Grundschüler. Hier, wo früher Steinkohle gefördert wurde, ist heute das neuste Abenteuer der Hexe Kleinlaut zu sehen, aufgeführt von einem Essener Theater. Der Strukturwandel macht sich im Ruhrgebiet so stark bemerkbar wie an kaum einem anderen Ort der Republik: Mit dem Rückgang der Montanindustrie kam der Aufschwung der dienstleistungsorientierten und wissensbasierten Wirtschaft. Heute wird zwischen Ruhr und Emscher viel Strom verbraucht, aber direkt vor Ort wird wenig Strom produziert. Für neue Anlagen, mit denen sich Strom aus erneuerbaren Energien ge win nen lassen könnte, ist in dem dicht besiedelten Ballungsraum kaum Platz. Vorhanden ist jedoch eine hohe Dichte an Energienetzen sowie eine Reihe von Industriebranchen, die sowohl als Verbraucher als auch als Erzeuger oder Anbieter steuerbarer Lasten Flexibilität in die Energieversorgung bringen können zum Beispiel durch die Speicherung überschüssiger Energie oder die Umwandlung von überschüssigem Strom in Wärme. Designetz in Rheinland-Pfalz: Ländliche Regionen als Energielieferanten Der Ritterschlag vor dem Ruhestand: Für Hans-Joachim Zilliken kam die Auszeichnung zum Winzer des Jahres genau zur rechten Zeit. Gerade hatte er den Generationenwechsel eingeläutet und den Betrieb im rheinland-pfälzischen Saarburg an seine Tochter übergeben. Sie will die Tradition nun fortführen und erstklassige Weine produzieren, das Markenzeichen von Rheinland-Pfalz. Hier gibt es Weinberge, romantische Burgen und Schlösser und malerische Altstädte. Allein im letzten Jahr konnte das Land zwischen Rhein, Mosel und Saar knapp zehn Millionen Gäste an locken, die zum Beispiel einen der Kurorte besucht haben oder entlang der Deutschen Weinstraße wandern gegangen sind. Die ländliche Struktur, die einen großen Teil von Rheinland-Pfalz ausmacht, ist für die Erzeugung von erneuerbaren Energien bestens geeignet. So wird hier Energie aus Sonne, Wind und Biogas gewonnen mehr, als vor Ort verbraucht werden kann. Um die überschüssige Energie zu nutzen, müssen Speichermöglichkeiten sowie lokale und überregionale Ausgleichsoptionen geschaffen werden. Designetz im Saarland: Verbrauch und Produktion im Gleichgewicht Wer es nach ganz oben geschafft hat, kann nicht nur den Panoramablick über die gesamte Saarschleife genießen, sondern hat auch eine ganze Menge über den Lebensraum Wald gelernt: Der im Sommer 2016 eröffnete Baumwipfelpfad ist eine der neusten Attraktionen des Saarlandes. Wer sich weniger für Natur interessiert, der besucht die Völklinger Hütte. Den Strukturwandel kennen die Saarländer nämlich auch. Statt auf Kohle setzt das Saarland heute auf die Stahl- und die Automobilindustrie und das sehr erfolgreich. Entlang der Saar haben sich zahlreiche Unternehmen angesiedelt, alle haben einen sehr hohen Energieverbrauch vorzuweisen. Doch das Saarland ist eben auch ländlich und vergleichbar mit anderen Regionen der deutschen Mittelgebirge. Dort ist die Energiegewinnung aus regenerativen Energieträgern möglich und auch bereits Praxis. So entsteht ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Verbrauch und Produktion vorausgesetzt, die gewonnene Energie lässt sich verlustfrei speichern und zu laststarken Zeiten einsetzen.

12 12 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE Schaufenster enera Digitalisierung der Energieversorgung enera im Überblick Modellregion: Niedersachsen mit den Landkreisen Aurich, Friesland, Wittmund und der Stadt Emden Ziel: enera demonstriert in einem systematischen Ansatz die durchgehende Digitalisierung und technische Flexibilisierung des Energiesystems unter Berücksichtigung aller Akteure. Laufzeit: Januar 2017 bis Dezember 2020 Fördersumme: rund 52 Millionen Euro Partner: 63 Ansprechpartner: EWE AG Ulf Brommelmeier Telefon: Neue Technologien für die Energieversorgung Das Schaufenster enera konzentriert sich in seiner Modellregion auf das Thema Digitalisierung der Energieversorgung. Maschinen sollen uns besser mit Informationen, z. B. über Stromverbrauch, versorgen und die einzelnen Teile des Energiesystems sollen Daten untereinander austauschen können. Das klappt nur, wenn wir die Energieversorgung mit digitalen Technologien ausrüsten. Wir untersuchen, wo Strom in Nordwestdeutschland zu welcher Zeit verbraucht wird. Dazu sollen über intelligente Stromzähler in Haushalten, Gewerben und Betrieben installiert und rund Knotenpunkte im Stromnetz mit digitaler Messtechnik ausgerüstet werden. Die Technik soll immer selbstständiger auf diese Informationen reagieren können: Mit bis zu 200 intelligenten Trafos soll ein guter Teil der Schwankungen im Ortsnetz, wie sie häufig durch Windkraft- und Solaranlagen entstehen, auto matisch ausgeglichen werden. Mit Geräten zur Umwandlung von Spannung und Frequenz können Windkraftan lagen helfen, die Spannung im Netz stabil zu halten. Große, flexible Verbraucher z. B. Industriebetriebe sollen mit Steuertechnik ausgestattet werden, mit der sie die Produktion steigern können, wenn ein Überangebot an Ökostrom herrscht und umgekehrt. Und mit der Installation von drei Stromspeichern, die über eine Gesamtkapazität von sieben Megawatt verfügen, wird dafür gesorgt, dass der bei steifer Brise überschüssige Ökostrom bei Flaute abgerufen werden kann. enera konzentriert sich in seiner Modellregion auf das Thema Digitalisierung der Energieversorgung.

13 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 13 Damit all das funktioniert, müssen Daten zusammen fließen und so aufbereitet werden, dass man damit gut arbeiten kann. Deshalb wird eine Plattform für den Datenaustausch entwickelt. Nötig sind dafür geeignete Schnittstellen, damit alle Technologien eine gemeinsame Sprache sprechen. Damit die Plattform rege genutzt wird, müssen zentrale und einfach zu handhabende Dienste wie Abrechnungssystem und Berichtswesen bereitstehen und alles unter höchsten IT-Sicherheits- und Datenschutzbestimmungen. Labor für die Geschäftsmodelle von morgen Im kreativen Zukunftslabor enera entstehen darüber hinaus eigene neue, intelligente Dienstleistungen und Produkte. Sie sollen zum Beispiel für mehr Sicherheit und Komfort für Verbraucher sorgen oder die Wirtschaftlichkeit der Energieerzeugung erhöhen. Dabei geht es um mehr Sicherheit und Komfort auf der einen Seite und eine höhere Wirtschaftlichkeit der Energieversorgung auf der anderen. Das betrifft besonders Stromerzeuger, -händler und Netzbetreiber. Um die Ressourcen in der Region optimal zu nutzen, muss der Strom genau nach Bedarf vor Ort erzeugt und genutzt werden. Und zwar so flexibel, dass das Netz entlastet und ein Ausbau minimiert werden kann. Dafür sollen Erzeuger, Speicher und Betriebe zu regionalen, virtuellen Kraftwerken vernetzt und ein Marktplatz für regionale Energieprodukte und -dienstleistungen entwickelt werden. Die Zusammenführung aller Daten ermöglicht dabei zuverlässigere Prognosen und einen effizienteren Handel und damit günstigere Strompreise für die Verbraucher. Doch auch sie können von enera direkt profitieren: Mit intelligenten Zählern und mehr Transparenz im Stromnetz können individuelle, flexible Tarife entstehen, die sie zum Beispiel belohnen, das Elektroauto dann zu laden, wenn viel Wind weht. Oder durch Handy-Apps, die helfen, Energie zu sparen. Statten Verbraucher ihr eigenes Haus mit smarter Technik aus, können der heimische Solarspeicher oder die Nachtspeicherheizung für sie Geld verdienen, indem sie das Netz entlasten. Vorbild für ganz Deutschland An diesen Beispielen wird klar: enera will in der Praxis zeigen, wie die Energieversorgung in zehn, zwanzig Jahren aussehen kann, wenn man sie nachhaltig und intelligent neu denkt. Hat enera einmal gezeigt, was die Digitalisierung der Energieversorgung bringt, und welche Rahmenbedingungen und Investitio nen sie braucht, kann die Region deutschland- und europaweit Schule machen. Die Modellregion enera ist geprägt von dezentraler Erzeugung großer Mengen Windenergie.

14 14 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE Schaufenster NEW 4.0 Innovationsallianz für den Norden NEW 4.0 im Überblick Modellregion: Schleswig-Holstein und Hamburg Ziel: Die Steigerung des Stromexports und die Erhöhung der energetischen Selbstverwertung dient als Entwicklungspfad für eine sichere, kostengünstige, klimaschonende Stromversorgung mit 100 Prozent EE-Anteil in Laufzeit: Dezember 2016 bis November 2020 Fördersumme: rund 44 Millionen Euro Partner: 57 Ansprechpartner: HAW Hamburg Prof. Dr. Werner Beba Telefon: Wofür steht NEW 4.0 und welche Ziele werden mit dem Projekt verfolgt? NEW steht für Norddeutsche EnergieWende und 4.0 be schreibt die Schwelle zur vierten industriellen Revolution: die Digitalisierung der Industrie und die intelligente Vernetzung der Akteure im Rahmen der Energiewende. Mit dem länderübergreifenden Praxisgroßtest möchten wir er proben, wie ganz Hamburg und Schleswig-Holstein schon bis 2035 zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energien versorgt werden können zuverlässig, kostengünstig, CO 2 -mindernd und gesellschaftlich akzeptiert. Die zu erprobenden Lösungen können anschließend als Vorbild für andere deutsche und europäische Regionen dienen. Prof. Dr. Werner Beba, Projektkoordinator bei NEW 4.0 Prof. Dr. Werner Beba ist Projektkoordinator des Verbundprojekts NEW 4.0. Zugleich ist er Leiter des Competence Centers für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) der HAW Hamburg. Was ist das Besondere an Hamburg und der Region Schleswig-Holstein? Hamburg weist als pulsierende Hafenstadt mit einer be völkerungsreichen Metropolregion und Großindustrie einen sehr hohen Stromverbrauch auf. Dagegen ist Schleswig- Holstein ein bedeutendes Erzeugungszentrum für Windenergie, das immer häufiger zum Stromexporteur wird. Nicht nur auf regionaler Ebene: Durch die geographische Lage zwischen den Verbrauchszentren im Süden und den Speicherkraftwerken Skandinaviens entwickelt sich Norddeutschland auch international zu einem wichtigen Knotenpunkt. Wir sind überzeugt, dass die Region die idealen Voraussetzungen bietet, um zu einem Innovationsmotor der Energiewende zu werden. Vor welchen Herausforderungen stehen Sie mit dem Projekt NEW 4.0? Hamburg und Schleswig-Holstein bilden eine optimale Modellregion, um Lösungen für eine der wichtigsten Herausforderungen der Energieversorgung von morgen zu erproben: die Bewältigung des wachsenden Ungleichgewichts von Erzeugung und Verbrauch. Allzu häufig müssen Windenergieanlagen zum Beispiel heute noch abgeregelt werden, weil die Strommengen aufgrund von Netzengpässen nicht zu den Verbrauchern transportiert werden können. Es geht in NEW 4.0 deshalb darum, ein System

15 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 15 zu entwickeln, das nicht mehr nur auf Nachfrage reagiert, sondern den Verbrauch dynamisch an das Stromangebot anpassen kann. Wie soll diese Herausforderung bewältigt werden? Die Entwicklung eines neuen Energiesystems passiert nicht von heute auf morgen. Im Rahmen der vierjährigen Projektlaufzeit wird es NEW 4.0 aber gelingen, die Entwicklungspfade dafür aufzuzeigen. Dazu hat sich eine Innovationsallianz mit rund 60 Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik gebildet. Zusammen verfolgen wir eine Doppelstrategie: Zum einen soll die Fähigkeit zum Stromexport in andere Regionen verbessert werden. Zum anderen soll die Selbstverwertung von regenerativ erzeugtem Strom erhöht werden zum Beispiel durch den Einsatz von neuen Speichertechnologien oder die Flexibilisierung industrieller Produktionsprozesse. Durch Sektorkopplung, also die Umwandlung von überschüssigem Strom in Energie für Wärme oder Mobilität, stabilisieren wir das Stromsystem und reduzieren den fossilen Energiebedarf. Alle beteiligten Akteure und Komponenten der Erzeugung, der Speicherung, des Transports und des Verbrauchs werden dazu intelligent miteinander vernetzt. So entsteht ein konkretes Bild der jeweiligen Bedarfssituation und der Energieverbrauch kann flexibel und ökonomisch gesteuert werden. Welchen langfristigen Nutzen bietet das Projekt? Durch eine flächendeckende Versorgung der Region aus erneuerbaren Energien vermeiden wir die Erzeugung klimaschädlicher CO 2 -Emissionen. Die Systemkosten sollen durch Vermeidung von Abregelungen gesenkt werden. Wir leisten mit NEW 4.0 also einen entscheidenden Beitrag zum Jahrhundertprojekt Energiewende auch volkswirtschaftlich: Die Erprobung neuer Marktmodelle und regulatorischer Bedingungen sind wesentlicher Bestandteil unseres Schaufensters. Insgesamt bauen Hamburg und Schleswig-Holstein ihre Rolle als Innovationsstandort durch NEW4.0 also weiter aus. Zudem eröffnet das Projekt den beteiligten Unternehmen ganz neue Marktchancen und sichert langfristig die Wettbewerbsfähig keit. Dadurch wird die Wirtschaftskraft der Region extrem gestärkt. Damit einher geht auch die Sicherung und Schaffung von Arbeitsplätzen. Verbrauch und Erzeugung ergänzen sich in NEW 4.0: Während Hamburg als Hafenstadt und Industriestandort viel Energie verbraucht, produziert Schleswig-Holstein viel Strom aus Windkraft.

16 16 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE Schaufenster WindNODE Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands WindNODE im Überblick Modellregion: Neue Bundesländer inkl. Berlin Ziel: Durch digitale Vernetzung werden große Erzeugungskapazitäten erneuerbarer Energien, Stromnetze und Energienutzer effizient integriert. Laufzeit: Dezember 2016 bis November 2020 Fördersumme: rund 37 Millionen Euro Partner: 75 Ansprechpartner: 50Hertz Transmission GmbH Markus Graebig Telefon: Ausblick in die erneuerbare Zukunft Die Hälfte des Stromverbrauchs im Schaufenster WindNODE wird bereits heute aus erneuerbaren Energien gedeckt, allen voran aus Windkraft, Tendenz wei terhin deutlich steigend. Vergleichbare Regionen im In- und Ausland werden erst in mehreren Jahren so weit sein. Doch was bedeutet das, die Hälfte des Strombedarfs aus Erneuerbaren? Tatsächlich ist dies ein Mittelwert, gerechnet über das ganze Jahr, denn Sonne und Wind stellen ihr Energieangebot nicht konstant zur Verfügung. So gibt es beispielsweise in einer windstillen Nacht (der sogenannten Dunkelflaute ) fast gar keinen erneuerbaren Strom, so dass bisher vor allem Kohle- und Gaskraftwerke einspringen müssen. An einem sonnigen, windreichen Tag kann es hingegen vorkommen, dass in manchen der beteiligten Regionen Wind- und Sonnenkraftwerke mehr als das Dreifache des lokal benötigten Stroms erzeugen. In den Übertragungs- und Verteilnetzen, welche den Strom aus den Windparks über größere Entfernungen in die Städte und Fabriken führen, drohen dann Engpässe: so ähnlich wie Stau auf einer Hauptverkehrsstraße mitten im Berufsverkehr. Flexible Stromverbraucher Damit das Netz stabil bleibt, müssen in jeder Sekunde Angebot und Nachfrage im Gleichgewicht sein. Doch wie kann der Stromverbrauch der Kunden auf die schwankende Erzeugung aus Wind und Sonne abgestimmt und gleichzeitig eine Netzüberlastung vermieden werden? Das ist genau die Frage, an der weit mehr als 70 Partner aus ganz Nordostdeutschland gemeinsam im Projekt WindNODE arbeiten. Neben dem notwendigen Netz ausbau lautet ein wichtiger Teil der Antwort: Flexibilitäten. Das Prinzip kennt jeder, der schon einmal eine Urlaubsreise gebucht hat. Wer als Kunde flexibel ist und seine Reise auf einen Zeitpunkt legen kann, an dem wenig andere Menschen unterwegs sind, wird die günstigsten Übernachtungen im Hotel bekommen. Und auch im Stromnetz sind wir auf der Suche nach flexiblen Kunden, die ihren Verbrauch buchstäblich nach dem Wetterbericht ausrichten können und im Gegenzug Geld sparen. So kann beispielsweise eine Fabrik einen Teil ihrer Produktion in eine Zeit verlegen, in der eine kräftige Windfront über das Land zieht. Und genau in dieser Zeit kann auch ein Supermarkt seine Tiefkühltruhen auf Vorrat kühlen, denn die Ware bleibt auch dann ausreichend kalt, wenn die Kühl aggregate während einer späteren Windflaute ausgeschaltet bleiben. WindNODE sucht systematisch nach solchen Flexibilitäten in Industrie, Super märkten und Wohnquartieren. Und für den Fall, dass trotzdem noch zu viel Strom zur Verfügung steht, wird am Einsatz von Speichertechnologien gearbeitet große Batterien, Gruppen von Elektroautos oder auch Wärmespeicher, die dann günstig elektrisch aufgeladen werden können. in einem intelligenten Netzwerk Doch woher wissen die Fabrik oder das Elektroauto, wann eine gute Zeit zum Stromverbrauch ist? Das gelingt mit der Informations- und Kommunikationstechnik, mit der die Partner im intelligenten Energiesystem vernetzt werden. Man spricht auch von Digitalisierung der Energiewende. Die angeschlossenen Kunden erhalten einen Ausblick auf den Wetterbericht und die erwartete Stromproduktion. Sie erhalten damit die Möglichkeit, ihren Verbrauch auf Wind und Sonne auszurichten auf Wunsch automatisch gesteu-

17 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE 17 heimrich&hannot/50hertz Im Reallabor Nordostdeutschland werden bei WindNODE neue Technologien und Dienstleistungen erprobt sogar in künstlerischer Form. ert oder auch am Strompreis orientiert. Zugleich können die Stromnetzbetreiber die angebotenen Flexibilitäten so einsetzen, dass eine Überlastung der Stromnetze vermieden wird. Schaufenster zum Anfassen und Mitmachen Und was hat es mit dem Schaufenster auf sich? Die Partner bei WindNODE wollen Fachleuten ebenso wie der interessierten Öffentlichkeit zeigen, dass ein intelligentes Energiesystem tatsächlich funktioniert. Im Reallabor Nord ostdeutschland können neue Technologien und Dienstleistungen erprobt werden. Sobald das intelligente Energiesystem aufgebaut ist, soll es nicht nur in der Modellregion angewendet werden. Vielmehr sollen Blaupausen erarbeitet werden, die in andere Länder und Regionen exportiert werden können. Denn das bedeutet attraktive Arbeitsplätze und neue Exportchancen. Einige der spannenden Komponenten, die zu einem solchen intelligenten Energiesystem gehören, wird man bei WindNODE an über 20 besuchbaren Orten besichtigen können. So öffnen beispielsweise Fabriken, Supermärkte und Wohnquartiere ihre Türen und zeigen, wie man Produktion, Kühlung und Heizung an Wind und Sonne anpassen kann. Eine Wanderausstellung mit Namen WindNODE Live!, gewissermaßen ein begehbares Inhaltsverzeichnis für das Gesamtprojekt, wird an verschiedenen Orten in der Modellregion einen Gesamtüberblick von WindNODE geben und zugleich bei Energy meets Art in künstlerischer Form die Energiewelt greifbarer machen. Und wer Lust hat, kann bei WindNODE beispielsweise im Rahmen von Ideenwettbewerben auch aktiv mitmachen.

18 18 SINTEG SCHAUFENSTER INTELLIGENTE ENERGIE Gemeinsam zum Ziel SINTEG als Netzwerk für die Bearbeitung wichtiger Herausforderungen der Energiewende SINTEG hat große Ziele und adressiert wichtige Herausforderungen der Energiewende. Deshalb gibt es in und um SINTEG herum ein Netzwerk, das wichtige Fragen bearbeitet, die für die Energiewende von übergreifender Bedeutung sind und die alle Schaufenster gleichermaßen betreffen. Damit alle Akteure, auch über SINTEG hinaus, technisch am gleichen Strang ziehen können, wirken die SINTEG- Partner in relevanten Standardisierungs- und Normungsgremien mit und tauschen sich regelmäßig mit den jeweiligen Interessensgruppen zu Standardisierungsaktivitäten aus. Die Neu- und Weiterentwicklung vieler neuer Technologien in der Energiewirtschaft bedeutet auch eine Veränderung der Berufslandschaft der Energiebranche. Die Schaufenster werden viele aufschlussreiche Erkenntnisse darüber liefern, welche neuen Anforderungen sich an die Kompeten zen und Fähigkeiten der Beschäftigten ergeben und welche neuen Energieberufe entstehen müssen, um dieses Herausforderungen zu bewältigen. SINTEG wird neue Systeme, Hardware, Software und Geschäftsmodelle in die Energieversorgung einbringen. Von Beginn an machen die Schaufenster die IT-Sicherheit zu einem wichtigen Baustein ihrer Versorgungsinfrastruktur. Dabei werden die Erfahrungen aus den SINTEG- Projekten auch in nationale und internationale Gremien eingebracht. Die in der Praxis erprobten Erfahrungen des Reallabors SINTEG sollen für die Weiterentwicklung des Rechtsrahmens genutzt werden. Hierzu findet auf Basis des Einsatzes neuer Technologien, Verfahren und Geschäftsmodelle ein Austausch mit und zwischen den Schaufenstern statt. Eine wichtige Grundlage hierfür bildet die von der Bundesregierung beschlossene SINTEG-Verordnung mit zeitlich befristeten Experimentieroptionen. SINTEG setzt auch auf eine zügige Digitalisierung der Geschäftsprozesse. Sie sind eine zentrale Herausforderung der Energiewende. Doch welche neuen digitalen Geschäftsmodelle lassen sich daraus entwickeln? SINTEG untersucht, welche neuen Möglichkeiten durch die Zusammenführung, Verarbeitung und Auswertung energiebezogener Daten entstehen. Jedes Schaufenster findet in seiner Modellregion andere Voraussetzungen vor. Daraus schlagen sie Kapital und nutzen ihre speziellen Wettbewerbsvorteile, wie etwa klimatische oder wirtschaftliche Gegebenheiten, für die Energiewende. In SINTEG sollen ähnliche smarte Energie-Regionen in Europa identifiziert und mit den Schaufenstern vernetzt werden. Zwischen den Regionen, die ähnliche oder ergänzende Ausgangsbedingungen für die Energiewende haben, wird ein Austausch anregt, der beiden Seiten die grenzüberschreitende Kooperation ermöglicht. Die Ergebnisse werden Wege aufzeigen, wie sich die Lösungen der Schaufenster auf andere Regionen in Europa übertragen und damit neue Märkte erschließen lassen.

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