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Intelligente Energiesysteme und -netze

Der Umbau und die Modernisierung unserer Energieversorgungssysteme ist eine der wichtigsten Innovationsaufgaben am Beginn des 21. Jahrhunderts. Neue Technologien ermöglichen es zunehmend, elektrische Energie dezentral und vornehmlich aus erneuerbaren Quellen zu produzieren. Es ist davon auszugehen, dass Energie verstärkt durch kleine und mittlere Erzeugungsanlagen aufgebracht wird.

NutzerInnen werden vermehrt gleichzeitig als Energieproduzenten und -verbraucher (Prosumer) auftreten. Die zunehmende Vernetzung der dezentralen Strukturen führt zu einer steigenden Komplexität und stellt einen wesentlichen Trend im Bereich der elektrischen Energieinfrastrukturen dar.

Gleichzeitig erlaubt es die immer stärkere informationstechnische Vernetzung, unsere Energiesysteme besser zu steuern. Die fortschreitende Liberalisierung und Digitalisierung wird die Energiewirtschaft nachhaltig und entlang der gesamten Wertschöpfungskette verändern.

Das Elektrizitätsversorgungssystem mit seiner Echtzeit-Problematik beim Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch hat bei der Integration fluktuierender erneuerbarer Energien die größte Herausforderung aber auch die größten Zuwächse. Konventionelle aber gleichzeitig systemrelevante Kraftwerke werden zunehmend unwirtschaftlich. Zur Systemstabilisierung ist die Mobilisierung anderer Systemdienstleistungsgeber – maßgeblich aus benachbarten Energiesystemen – gefordert.

Österreich und zahlreiche europäische Nachbarn sind in der glücklichen Lage und verfügen bereits traditionell über sehr leistungsfähige Energieversorgungssysteme in Form von nahezu flächendeckenden hierarchischen Elektrizitätsnetzen sowie regional verbreiteten Wärme- und Gasnetzen in verdichteten Räumen zu verfügen.

Forschung und Entwicklung

Ein Land wie Österreich, welches Dekarbonisierung, Klimaziele, Versorgungsunabhängigkeit und -sicherheit anstrebt, wird zur Deckung der künftigen Strom-, Wärme und Mobilitätsbedarfe. Mit einem Anteil von rund 70 % Wasserkraft (im Jahr 2014) am Strom-Mix und insgesamt einem Anteil von knapp 90 % erneuerbaren Strom (ebenso 2014) im Energiesystem, verfügt das Land über ein relativ hohes Maß an eigenen erneuerbaren Ressourcen.

Das österreichische Strom- und Gasnetz sind in die europäischen Netze gut eingebunden und Österreich verfügt mit rund 8 GWel (PSW) in der Elektrizitätsversorgung und über 90 TWh (2014, d.s. mehr als der Jahresgasverbrauch) in der Gasversorgung über relative große Speicherkapazitäten. Mit Ausfallszeiten (CAIDI) von weniger als eine Stunde pro Jahr zählt das österreichische Elektrizitätsversorgungssystem bislang punkto Versorgungsqualität zur Weltspitze.

Durch die nahezu vollständige Umstellung auf Erneuerbare Ressourcen und die verstärkte Einbindung dezentraler und fluktuierender Energiequellen besteht die Notwendigkeit, das derzeitige Energiesystem radikal intelligent umzubauen und domänenübergreifend zu verknüpfen. Alle Sektoren werden durch intelligente Energienetze (Strom, Wärme, Gas, Wasserstoff) miteinander verbunden. Sie sind die Klammer zwischen Gebäude, Industrie, Mobilität.

Konnektivität und Konvergenz sind gefragt. Digitalisierung wird zur Schlüsselkompetenz in der Energiewirtschaft. Jene ermöglicht die notwendige Verständigung innerhalb der Infrastruktur, transsektoral zwischen den Netzen und mit allen anderen, neuen Energieakteuren. Für die Energieforschung stellte sich bereits in den vergangenen Jahren die interdisziplinäre Aufgabe Energietechnik- und IKT-Kompetenz zusammenzuführen im Sinne von Smart Grid-/ Smart Energy-Systemlösungen.

Im ganzheitlichen Systemverständnis sind dabei auch betriebs- und volkswirtschaftliche sowie rechtliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen zu beachten, bzw. mittels Forschungserkenntnisse aktiv zu gestalten.

  • Der Dekarbonisierung unserer Wirtschaft,
  • der zukünftigen Dominanz erneuerbarer und zum großen Teil volatiler Energieträger,
  • der zunehmenden Bedeutung von Elektrizität (z.B. Elektromobilität) und
  • aufgrund technologischer Treiber (dezentrale Energietechnologien, Speicher, Digitalisierung) und
  • gesellschaftlicher Trends (Individualisierung, Urbanisierung, Partizipations- und Autonomiestreben, Sharing Economy)

steht langfristig ein radikaler Umbau der Energiesysteme bevor.

Mittels der Forschung sind die jeweiligen Herausforderungen der Strom- und Wärmewende weiter zu spezifizieren:

Der Stromsektor hat aktuell gegenüber Wärme und Verkehr den geringsten Anteil am Energieverbrauch und CO2-Ausstoß. Dennoch steht er aufgrund der hohen EE-Potenziale im Fokus der Energiewende.

Die vorhandenen Kräfte wirken nicht zwangsläufig in die gewünschte Richtung. Der Umbau der Energiesysteme muss daher aktiv gemanaged bewältigt werden, um die wirkenden Kräfte und Dynamiken in eine gesellschaftlich sinnvolle Richtung zu bündeln.

Österreich muss sich engagieren um mithalten zu können. Die Systemintegration der großen Bandreite an verfügbaren Technologien und Lösungen zu einem zweckmäßigen und gut funktionierenden Gesamtsystem gehört nach wie vor zu den größten Herausforderungen.

Herausforderungen

Die größte Herausforderung im Elektrizitätsversorgungssystem bei der Integration erneuerbarer Energien ist mit seiner die Echtzeit-Problematik beim Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch hat bei der Integration erneuerbarer Energien (fluktuierend) die größte Herausforderung aber auch die größten Zuwächse.

Konventionelle aber gleichzeitig systemrelevante Kraftwerke (Grundlast, Regellast, Momentanreserve) fallen zunehmend aus der Merit Order und zur Stabilisierung ist die Mobilisierung anderer Systemdienstleistungsgeber – maßgeblich auch aus benachbarten Energiesystemen – erforderlich.

Die Flexibilisierungspotenziale bei smarten Devices (Verbrauchern, Speichern und Erzeugern) sind technisch durchaus vorhanden, jedoch ökonomisch noch nicht erschließbar. Hier liegen nach Jahren der technologieorientierten Pionierarbeit die künftigen Schwerpunkte auf der Systemintegration unter realen ökonomischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Bedingungen.

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