Energieversorgungssysteme 11.11.2020, 10:16 Uhr

Verbundprojekt macht CO2-Einsparpotenziale sichtbar

Projekte, um eine CO2-freie Energieversorgung zu realisieren, gibt es einige. Die Systemdienstleistungen werden dabei aber selten fokussiert. Forscher des Fraunhofer IOSB haben jetzt im Rahmen eines Verbundprojekts ein komplexes IT-Ökosystem entwickelt, was helfen soll hier die CO2-Emissionen deutlich zu reduzieren. Erprobt wird es in Thüringen.

Einsparpotenziale identifizieren: ZO.RRO-Projektmitarbeiterin Juliane Sauerbrey vor dem vom Fraunhofer IOSB-AST entwickelten Monitoring-Dashboard. Foto: Fraunhofer IOSB-AST/Martin Käßler

Einsparpotenziale identifizieren: ZO.RRO-Projektmitarbeiterin Juliane Sauerbrey vor dem vom Fraunhofer IOSB-AST entwickelten Monitoring-Dashboard.

Foto: Fraunhofer IOSB-AST/Martin Käßler

Um eine CO2-freie Energieversorgung Thüringens zu erreichen, betrachten Wissenschaftler des Fraunhofer IOSB derzeit gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft genauestens die Strom-, Wärme- und Gasnetze des Freistaats. Die Besonderheit: Bisherige Vorhaben konzentrierten sich vorrangig auf die Bereitstellung von Energie, die Wechselwirkungen mit den Systemdienstleistungen bleiben zumeist unberücksichtigt. Wissenschaftlichen Analysen zufolge werden jedoch 20 % des CO2-Ausstoßes genau durch diese Systemdienstleistungen verursacht. Erforderlich sind sie, um Energiesysteme stabil betreiben und nach Störungen wieder in einen sicheren Zustand überführen zu können.

Umfassendes IT-System für innovatives und konservatives Szenario

Damit die Systemdienstleistungen unter Ausnutzung der Sektorenkopplung von Wärme, Gas und Strom CO2-frei gestaltet werden können, entwickeln Forscher am Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB im Rahmen des Verbundprojekts ZO.RRO (Zero Carbon Cross Energy System)ein komplexes IT-Ökosystem bestehend aus Hard- und Softwarelösungen. Dabei berücksichtigen sie ein innovatives Szenario, das durch Erneuerbare Energien-Anlagen und Speicher- und Wasserstofftechnologien geprägt ist sowie ein konservatives Szenario, das Power-to-Gas und Gaskraftwerke in die Berechnung einbezieht. „Unser Ziel ist es, die Thüringer Energieversorgung bis 2050 CO2-neutral zu gestalten und dafür die kostenoptimale Variante zu ermitteln. Wenn der berechnete sektorenübergreifende Technologiemix für den stabilen Netzbetrieb ausreicht, wird die dabei freigesetzte CO2-Emission bestimmt“, erläutert Projektleiterin Steffi Naumann. Ist kein stabiler Betrieb möglich, erfolge eine Rückkopplung zur Energiesystemplanung.

Monitoring entlarvt CO2-Emissionen

Für den operativen Betrieb konzipiert das Forscherteam IT-Systeme zum Monitoring der aktuellen CO2-Emissionen. „Will man die globale Freisetzung von Treibhausgasen minimieren, sind IT-Systeme erforderlich, um die komplexen dynamischen Wechselwirkungen von vorrangig auf Erneuerbaren Energien basierenden Energieversorgungssystemen zu beherrschen und einen sicheren und zuverlässigen Betrieb jederzeit zu gewährleisten. Mit ihnen lassen sich beispielsweise auch Prognosen für CO2-Emissionen, basierend auf der Energieeinsatzplanung des Energieversorgungssystems und der zu versorgenden Unternehmen, visualisieren“, berichtet Projektmitarbeiterin Juliane Sauerbrey. Das komplexe IT-System beinhaltet mit der ZO.RRO-Box auch ein Sensorsystem, das die Verbrauchswerte von Strom und Gas liefert. Sie werden in das CO2-Äquivalent umgerechnet und lassen auf die aktuellen CO2-Emissionen schließen. Hinzu kommen eine Datenbank und ein CO2-Monitoring-Tool, das den aktuellen CO2-Fußabdruck an ein Supervisionssystem sendet und Optimierungspotenziale im Betrieb schneller sichtbar macht.

Projektlösung auf andere Bundesländer übertragbar

Komplettiert wird das IT-System durch eine Software für das Management von Flexibilitätsangeboten. Mit diesem Tool lassen sich Flexibilitäten zur Verschiebung von Gas-, Wärme- und Stromlasten nutzen, um den CO2-Fußabdruck zu minimieren und CO2-freie Systemdienstleistungen anbieten zu können. Die Hard-und Softwarelösungen können beispielsweise in Unternehmen, Stadtwerken, Quartieren und Ministerien installiert werden. „Natürlich profitieren auch Privathaushalte von dem neuen Energiekonzept. Ein Drei-Personen-Haushalt verbraucht rund 2.600 bis 3.900 Kilowattstunden pro Jahr. Bei einem Emissionsfaktor von 500 Gramm pro Kilowattstunde des deutschen Strommixes entspricht das bis zu 1,95 Tonnen CO2 pro Jahr und je nach CO2-Preisentwicklung zwischen 80 und 350 Euro pro Jahr allein an CO2-Kosten für Strom“, sagt die Forscherin.

Die Methoden aus dem ZO.RRO-Projekt sollen zukünftig auch auf andere Bundesländer oder gar ganz Deutschland übertragen werden können. Das Vorhaben, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und vom Freistaat Thüringen gefördert wird, endet im Dezember 2021. Im Anschluss startet die Demonstratorphase unter Einbeziehung von Unternehmen und Kooperationspartnern, die die IT-Systeme testen.

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