Innovationen für die „All Electric Society“

Prof. Dr.-Ing. Bodach im Gespräch mit der TREND-REPORT-Redaktion, über aktuelle Forschungsprojekte an der Westsächsischen Hochschule Zwickau.

 

Herr Prof. Bodach, inwieweit sind wir schon auf dem Weg zur „All Electric Society“?

Aus meiner Sicht rückt die Umsetzung der All Electric Society (AES), die bereits 2016 als ein mögliches Ziel in einer Delphi-Studie des BDEW genannt wurde, in absehbarer Zeit näher. Angetrieben wird dies u. a. durch Fortschritte in der Elektromobilität und dem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien im Strommix. Dies ist nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit sichtbar. Der globale Ausbau regenerativer Kraftwerke steigt stetig. Auf dem Weg dorthin sind jedoch noch Herausforderungen zu lösen, dazu zählen der flächendeckende Ausbau intelligenter Verteilnetze, die Weiterentwicklung effektiver Speichertechnologien und der damit verbundene Aufbau grundlastfähiger regenerativer Kraftwerke.

Welche Ziele hat in diesem Kontext Ihre Forschungsallianz?

Die Allianz ist eine offene Anlaufstelle für die All Electric Society. Egal ob Kommune, KMU, global Player, NGO, Energieversorger oder Forschungseinrichtung. Jeder ist eingeladen, mitzuwirken und seine Expertise einzubringen. Denn nur wenn alle an einem Strang ziehen, ist die Realisierung der AES und somit die Bewältigung des Klimawandels möglich. Die Mitglieder der Allianz haben sich hierzu alle auf eine Zusammenarbeit zur Umsetzung der gemeinsamen Vision der AES verständigt. Es sollen Forschungskooperationen geschaffen und ein Ideenaustausch initiiert werden. Weiterhin soll mit der Allianz auch ein Wissens- und Erkenntnistransfer in die Gesellschaft angestoßen werden.

 

 

Mit welchen Forschungsprojekten sind Sie gerade beschäftigt?

Unser derzeit größtes Forschungsprojekt an der Westsächsischen Hochschule Zwickau ist „JenErgieReal“. Gemeinsam mit den Stadtwerken Jena und weiteren Partnern entwickeln wir hier ein Reallabor zur Demonstration der Umsetzbarkeit der AES auf Quartiersebene. Es soll u. a. ein virtuelles Kraftwerk entstehen, welches konventionelle Versorgungsstrukturen optimieren und teilweise substituieren kann.
Wir zielen darauf ab, Energiebedarfe durch intelligente Steuerungen zu reduzieren und Netzausbaukosten mittels Energiespeichern zu minimieren. In einem weiteren Projekt erforscht bspw. unsere Nachwuchsforschergruppe „autonomous2grid“, wie Elektrofahrzeuge zukünftig, mit Einwilligung der Nutzer, autonom zu Ladestationen fahren und dort sogar netzdienlich sein können. Auf diese Weise sollen dann völlig neue, energieoptimierte Mobilitäts- und Quartierskonzepte möglich werden.

Wie kann die Transformation gemeistert werden?

Eine fundamentale Grundlage für eine solche Transformation ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Damit meine ich nicht, dass sich unterschiedliche Fachdisziplinen mal eben kurz unterhalten. Es braucht eine tiefgreifendere, verwobene Bearbeitungsstruktur. Nur, wenn alle betreffenden Akteure gemeinsam agieren, kann eine CO₂-neutrale Energieversorgung erreicht werden. Sicher liegen die Schwerpunkte in meinem Fachgebiet zumeist beim elektrischen Netz bzw. der Energieversorgung. Ein wichtiger Punkt, den wir Techniker dabei aber gern vergessen, ist die Akzeptanz, vor allem bei den Bürgern. Nur die in der Gesellschaft akzeptierten Technologien und Methoden werden sich auch durchsetzen können.

Welche Bedeutung hat ein sektorenübergreifendes Energiesystem?

Das elektrische Energieversorgungssystem ist bereits jetzt sektorenübergreifend, da es die notwendige Hilfsenergie für die Nutzung aller Energieträger zur Verfügung stellt. Die Zeiten, in denen einzelne Sektoren losgelöst voneinander betrachtet werden konnten, sind vorbei. Nunmehr geht es darum, Energiebedarfe in einem Sektor auch durch Überschüsse oder sogenannte Flexibilitäten (eine momentan nicht genutzte Energiemenge) eines anderen Sektors decken zu können. In diesem Zusammenhang sind nicht die bilanziellen Energiemengen relevant, sondern die benötigte Leistung ist entscheidend. Die Steuerungssysteme müssen in Echtzeit reagieren und die Marktteilnehmer darauf vorbereitet sein.

Was macht das Forschen im Kontext der Disziplinen Mobilität, Elektrizität und Digitalisierung so spannend?

Die drei Bereiche ergänzen sich perfekt, jede der Disziplinen ist ein Teil der Lösung zu einer CO2-neutralen Zukunft. Die anwendungsorientierte Forschung, gerade in Reallaboren, ist sofort relevant. Unsere Erkenntnisse sind fast schon gestern für neue Technologien nötig. Weiterhin arbeitet man hier mit allen Akteuren, also auch mit den Nutzern der Technologien, eng zusammen. Das macht die Arbeit besonders spannend.

Herr Prof. Bodach, welche Rolle spielen KI und ML im Kontext der „All Electric Society“?

Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen sind elementare Bausteine der Digitalisierung und meiner Meinung nach Schlüssel zur Realisierung der All Electric Society. Es führt auch für uns Energietechniker kein Weg mehr an diesen Themen vorbei. Gerade wenn man an zukünftige Versorgungsaufgaben der Energieversorgung denkt, oder die Steuerbarkeit von elektrischen Verbrauchern wie Ladesäulen und Wärmepumpen, wird ersichtlich, dass die AES nur unter Zuhilfenahme dieser Bausteine funktionieren kann. Weiterhin müssen wir auch bedenken, dass durch die zunehmende Vernetzung unserer Welt auch viele Handlungen im elektrischen Netz komplexer werden. Auch hier können KI und ML dabei helfen, die Energieversorgung zu optimieren. Die Herausforderung ist es, bei stetig wachsender Komplexität, die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit unserer elektrischen Energieversorgung auf dem heutigen, hohen Niveau zu halten. Es ist somit unumgänglich, diese Technologien bei der Umsetzung der AES zu nutzen.

Sind die Rahmenbedingungen unserer Regierung ausreichend, um die Transformation zu meistern?

Die Politik steht hier vor großen Herausforderungen, ich bin froh mit meinem Team „nur“ technische Lösungen erarbeiten zu müssen. Entscheidend ist es, Rahmenbedingungen zu setzen, die verlässlich sind. Mit der Investition in ein Betriebsmittel legt man sich für mehrere Jahrzehnte fest. Die Politik hat hier sehr viele Stellschrauben, die allerdings sehr behutsam und überlegt justiert werden müssen, sonst drohen unerwünschte Nebeneffekte. Hierbei ist es notwendig, den technischen Fortschritt im Auge zu behalten. Netzdienliche Energiespeicher, welche dem Netzbetreiber zuzuordnen sind, können bspw. derzeit nicht am Energiemarkt teilnehmen und sich damit nur schwer amortisieren. Hier muss u.a. nachgebessert werden. Es ist also wichtig, dass die Regierung eine geschlossene Strategie zur Energiewende verfolgt. Wir als Forschungseinrichtung wollen hierfür die richtigen Werkzeuge bereitstellen. Die Investition in Lehre und Forschung von Seiten der Politik ist somit von entscheidender Bedeutung.

Wie sieht Ihrer Meinung nach die zukünftige Energie-Infra­struktur aus?

Die zukünftigen Netze werden durch eine Vielzahl dezentraler Kraftwerke gespeist, welche als Microgrids im Niederspannungsnetz organisiert sind. Energiespeicher und intelligente Lasten werden in diesen Teilnetzen Flexibilitäten zur Verfügung stellen und sich gegenseitig unterstützen und ergänzen. Dies führt zu einer erhöhten Resilienz und Effizienz des Gesamtsystems. Weiterhin sind Übertragungsnetze der Hoch- und Höchstspannungsnetze für die Gewährleistung einer kontinuierlichen und sicheren Energieversorgung notwendig. Diese sind schon seit Jahrzehnten „intelligent“ und schaffen den großflächigen Ausgleich hoher Leistungen im europäischen Verbund. Zusätzlich werden Energiespeicheranlagen im Mega- und Gigawattbereich eine zwingende Voraussetzung für die CO₂-neutrale Energieversorgung sein. In Zeiten niedrigerer Energieerzeugung der regenerativen Kraftwerke können diese auftretende Lastanforderungen der unterlagerten Netze ausgleichen, sodass große fossile Kraftwerke obsolet werden.

Herr Prof. Bodach, wie ist die Forschungslinie „All Electric Society Alliance“ aufgebaut und strukturiert?

Derzeit befinden wir uns noch im Aufbau, sodass feste Strukturen erst noch definiert werden müssen. Mit unseren neun Gründungsmitgliedern, mittlerweile bereits über 60 weiteren Mitgliedern und zahlreichen Teilnahmeanfragen sind wir aber schon eine starke Gemeinschaft. Als Westsächsische Hochschule Zwickau haben wir vorerst den Lead und bereiten derzeit eine eigene Internetpräsenz sowie den Fahrplan für die nächsten Monate und Jahre vor. Wir sind somit zunächst Organisator und Koordinator. Sobald die grundlegende Struktur steht, werden wir mit den Mitgliedern die weitere Organisation, wie Leitung, Arbeitsgruppen usw., abstimmen. Die Allianz ist dabei immer als gemeinsame Plattform sowie Anlaufstelle und Gestaltungswerkzeug zu verstehen. Darüber hinaus soll hier in Zwickau ein Forschungszentrum für die Allianz entstehen, in welchem nutzerakzeptierte Technologien für die All Electric Society entwickelt werden.

www.aes-alliance.com

 

 

Über die All Electric Society Alliance

Die All Electric Society Alliance, initiiert von der Westsächsischen Hochschule Zwickau im Mai 2023, zielt auf die Schaffung einer nachhaltigen, CO2-neutralen Zukunft ab. Diese basiert auf erneuerbarer, elektrischer Energie und integriert Elektrifizierung, Digitalisierung und Automatisierung. Die Allianz strebt eine sektorenübergreifende, interdisziplinäre Zusammenarbeit an, um den Wandel durch Wissenstransfer und effiziente Ressourcennutzung sowie die Entwicklung junger Fachkräfte voranzutreiben. Interessierte Organisationen können der Allianz beitreten, um gemeinsam Lösungen zu entwickeln und den Übergang zu beschleunigen. Ziel ist ein innovativer, inklusiver Ansatz zur Realisierung einer elektrifizierten, nachhaltigen Gesellschaft.

 

Partner und Institutionen der All Electric Society Alliance:

 

 

Projektübersicht mit Bezug zur All Electric Society Alliance

 

InWaMod

„Verbundvorhaben: lnWaMod – Innovative Wärmeservice-Modelle: Neue Wege aus dem Mieter-Vermieter-Dilemma bei der energetischen Modernisierung“

Projektlaufzeit: 07/2023 – 12/2025

Förderprogramm: 7. Energieforschungsprogramm – Energiewende und Gesellschaft

Inhalte:

• CO₂– und Energieeinsparung
• Realisierbarkeit in sozialer, ökonomischer, ökologischer, rechtlicher und technisch Hinsicht zu prüfen
• Mieter zahlt für den Wärmeservice in seiner Wohnung anstatt für die Menge der dafür aufgewendeten Energieträger
• Vermieter spart durch die Wahl der Energieträger und die Ausstattung des Gebäudes
• Mieter spart durch die richtige Regelung von Heizen und Lüften

 

Z-Move

„Zwickauer Mobilitätsmanagement für berufsbedingte Verkehrsbewegungen 2025 (Z-MOVE 2025); Teilprojekt B: Prototypische Entwicklung eines Mobilitätsmanagementtools“

Projektlaufzeit: 09/2021 – 08/2024

Kooperationspartner: Stadt Zwickau, Städtische Verkehrsbetriebe Zwickau GmbH

Förderprogramm: SOEF-Sozial-ökologische Forschung

Inhalte:

• Mobilitätsmanagement in Form eines Stadtlabors > berufsbedingte Verkehrsströme in Zwickau modellieren
• auf die individuellen Charakteristiken einer Stadt abgestimmtes, lokales Mobilitätstool soll auf das in Phase 1 entwickelte Mobilitätskonzept aufsetzen

 

ZED

„Verbundvorhaben ZED: Zwickauer Energiewende Demonstrieren – Elektrisch-thermische Verbundsysteme betreiben“

Zeitraum: 11/2017 – 10/2022

Inhalte:

• Ziel: Vergleich der verschiedenen Versorgungssysteme zur Realisierung von Null-Emissionsquartieren
• Fokus nicht nur auf technische Aspekte der Energiewende, auch soziale Gesichtspunkte betrachtet
• Wichtige Themen:  demografischer Wandel, Gesundheitsversorgung, Altersarmut, Mobilität
• Zusammenarbeit mit allen wichtigen Akteuren
• intensiver Austausch mit den Bürgern über deren Bedenken, Auswirkung auf das Leben
• „Marienthal Mobil“ = erste Mobilstation der Stadt Zwickau

– eröffnet am 17.07.2020 im Stadtteil Marienthal

– Idee: Sicherung der Mobilität der Einwohner im Alltag

– Fokus auf Menschen, die Hilfe beim Einkauf oder Arztbesuch benötigen

– Ausleihe verschiedener E-Mobile, kostenlos während des Versuchszeitraums

– Unterstützung durch die Alippi GmbH

– an zwei Tagen pro Woche Beratung durch „Quartierlotse“ des Johanniter e.V., auch zu Themen wie Probleme im Wohnumfeld und persönlicher Pflegegrad

– „Mobilbox“: ab Februar 2022 Ausleihe und Rückgabe von E-Scootern 24 Stunden am Tag möglich, dadurch weiter erhöhte Mobilität und Selbstständigkeit

 

 „Umsetzung eines integrierten, quartiersbezogenen Energie- und Klimaschutzkonzeptes für das Gebiet „Am Hochhaus“, Borna“ 

Zeitraum: 11/2015 – 09/2018;
01/2015 - 09/2020

Auftraggeber: DSK Deutsche Stadt- und Grundstücksentwicklungsgesellschaft mbH

Inhalte:

• Gebietsbezogenes integrierten Klimaschutzkonzeptes (KSK)
• Gefördert durch KFW, Stadt Borna als Auftraggeber, in Kooperation mit der Bornaer Wohnbau- und Siedlungsgesellschaft mbH (BWS)
• Projektpartner: Deutsche Stadtentwicklungsgesellschaft mbH (DSK), seecon Ingenieure GmbH, Gesellschaft für Intelligente Infrastruktur mbH, Westsächsische Hochschule Zwickau
• Ziel: Vorschläge und Konzepte, um das Quartier in Hinsicht auf Klimaneutralität, Energieeffizienz und Lebensqualität aufzuwerten, erarbeiten und mit Hilfe der Partner umsetzen, zum Beispiel:
• modernere Gehwegbeleuchtung
• abschließbare Fahrradboxen, teils mit Lademöglichkeit
• energetische Optimierung der Kita durch Wärmedämmung
• Hydraulische Optimierung (Hydraulischer Abgleich und Pumpentausch) in zwei Referenzgebäuden
• Geplanter und begonnener Einbau einer Smarten Heizungssteuerung in den zwei hydraulisch optimierten Referenzgebäuden

 

 JenErgieReal

„Reallabor: JenErgieReal – Energieoptimiertes Reallabor Jena mittels in Echtzeit skalierbarer Energiespeicher“

Laufzeit: 10/2022 – 09/2027

Inhalte:

• JenErgieReal versteht sich als „Blaupause“ für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied.
• dabei werden Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet
• JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der lnfrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen.
• JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen
• Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena.
• Das Teilziel des TP 8 ist dabei die wissenschaftliche Betreuung des in der Verbundvorhabenbeschreibung gestellten Gesamtziels: Die zentralen Themen des Projektes JenErgieReal fokussieren die Netzdienlichkeit und zielen auf die Netzstabilisierung ohne Netzausbau ab
• Als Beispiele seien die Lastspitzenglättung, die Lastensteuerung, auch aus dem vorgelagerten Netz, und die verringerte Rückeinspeisung erwähnt

 

E-Com

„E-Com – E-Commuter, -munity, -municate – wissenschaftliche Begleitung des Aufbaus von Ladeinfrastruktur in Dresden und Zwickau“

Laufzeit: 10/2019 – 09/2023

Inhalte:

• Durch die gezielte wissenschaftliche Begleitung der kommunalen Einrichtungen sowie der VW Sachsen GmbH soll ein netzverträglicher Ausbau der im Projekt E-COM geplanten Ladeinfrastruktur gewährleistet werden.
• Durch zunehmende Anzahl von Ladesäulen und die größer werdenden Ladeleistungen von Elektrofahrzeugen steigen die Herausforderungen, welche das Versorgungsnetz zu bewältigen hat.
• Um die Kosten für den Ausbau der Energieversorgung dabei möglichst gering zu halten, ist es wichtig, ein intelligentes Lademanagement zu etablieren
• Im Zuge dessen soll eine Netzsimulation der entsprechenden Netztopologie als erweitertes Planungswerkzeug zur Auwahl geeigneter Standorte und Anbindungsmöglichkeiten der Ladeinfrastruktur sowie als Grundlage zur Entwicklung des Lademanagements dienen.
• Eine weitere wichtige Komponente zur Sicherstellung des netzverträglichen Ausbaus der Ladeinfrastruktur stellt die Entwicklung sowie Erprobung von netzdienlichen sowie bidirektionalen Ladesäulen im Bestandsnetz dar
• Auf Basis einer fundierten Vermessung entsprechender Systeme sowie der Realisierung einer zeit- und ortsabhängigen Ladeprognose, angebunden an zentrale Datenplattform der Stadt Dresden soll in enger Zusammenarbeit mit der HTW Dresden ein optimiertes Betriebsregime zur Einbindung netzdienlicher Ladeinfrastruktur in öffentliche Energieversorgungsnetze entwickelt werden.
• Neben der wissenschaftlichen Begleitung bei der Inbetriebnahme, dem Betrieb sowie der Optimierung der Ladeinfrastruktur begleitet die WHZ ebenso den Aufbau des entsprechenden Abrechnungssystems.

 

WindNODE

„WindNODE – Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands“

Realisierung der Energiewende im Niederspannungsnetz der Zukunft im Quartier „Marienthal“ der Modellregion Zwickau

Laufzeit: 12/2016 – 03/2021

Inhalte:

• Ziel ist es, in großflächigen „Schaufensterregionen“ skalierbare Musterlösungen für eine umweltfreundliche, sichere und bezahlbare Energieversorgung bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien zu entwickeln und zu demonstrieren.
• Im Zentrum stehen dabei die intelligente Vernetzung von Erzeugung und Verbrauch sowie der Einsatz innovativer Netztechnologien und -betriebskonzepte.
• gefundenen Lösungen sollen als Modell für eine breite Umsetzung dienen

 

Nachwuchsforschergruppe autonomous2grid

• Bestehend aus jungen Nachwuchswissenschaftlern unterschiedlicher Fakultäten
• Untersucht, wie die gespeicherte Energie aus autonom-betriebenen batterieelektrischen Fahrzeugen zur Stabilisierung des Energienetzes genutzt werden kann
• um die Herausforderungen der Mobilitäts- und Energiewende zu bewältigen, wird die vom Freistaat Sachsen und dem europäischen Sozialfond geförderte Nachwuchsforschungsgruppe das automatisierte Fahren und Laden entlang einer neuartigen Prozesskette methodisch untersuchen und gemeinsam geeignete Lösungskonzepte entwickeln.
• Damit liefert autonomous2grid einen entscheidenden Beitrag für das Forschungsgebiet „All Electric Society“ (AES) – einem Zukunftsmodell, das auf die ausschließliche Nutzung regenerativer Energien setzt.
• Im Ergebnis werden einerseits technische Konzepte zur Netzdienlichkeit von autonomen Elektrofahrzeugen erarbeitet

 

Nachwuchsforschergruppe MetHyMot

• Hocheffizienter Multi‐Fuel‐Motor mit innovativer Sensorik für nachhaltige Mobilität und Energieversorgung (MetHyMot)“
• anwendungsorientierte Forschung an zukunfts­weisenden Wasserstoff­technologien
• Konkret soll dabei ein innovatives Motorkonzept entwickelt werden, das speziell auf wasserstoffbasierte Kraftstoffe ausgelegt ist.
• Als mögliche Anwendungsfelder wären wasserstoff­betriebene Blockheizkraftwerke, aber auch Fahrantriebe im On- und Off-Road-Bereich zu sehen
• Interdisziplinäre Forschergruppe aus 7 jungen Nachwuchswissenschaftlern

CC BY-ND 4.0 DE

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Aufmacherbild/Quelle/ Lizenz
Das Aufmacherbild des AES-Quartiers ist KI-generiert.