Quartiermodell zeigt Potenzial für stabile Netze

13.11.2025

Quelle: E & M powernews

Digitale Steuerung stabilisiert Stromnetze und senkt Emissionen im Quartier. Die Analyse stammt vom Zukunftslabor Energie am ZDIN und vom OFFIS – Institut in Oldenburg.
 
Das Zukunftslabor Energie ist ein Forschungsverbund, der am Zentrum für digitale Innovationen Niedersachsen, ZDIN, angesiedelt ist und eng mit dem „OFFIS – Institut für Informatik“ zusammenarbeitet. Gemeinsam untersuchen die Einrichtungen digitale Steuerungen für Energiesysteme.

Digitale Steuerung von Erzeugung, Speicherung und Verbrauch gewinnt im Energiesystem an Bedeutung, wie die Forschenden betonen. Das Zukunftslabor Energie hat seine mehrjährigen Forschungsarbeiten kürzlich abgeschlossen und präsentierte nun zentrale Ergebnisse. Das Zukunftslabor analysierte, wie Simulationen und vernetzte Steuerungen Netze entlasten und gleichzeitig den Energieverbrauch effizienter machen. Die Forschenden betrachten hierfür insbesondere dezentrale Erzeuger, Speichersysteme und neue Verbrauchslasten wie Wärmepumpen oder Elektromobilität.

Laut dem ZDIN mit Sitz in Oldenburg entwickelten sie im Zukunftslabor digitale Modelle, mit denen sich Energiekomponenten wie PV-Anlagen, Batteriespeicher oder Gebäude realitätsnah simulieren lassen. Diese Modelle bildeten die Grundlage für betriebliche Fahrpläne, die festlegen, wann einzelne Anlagen Energie bereitstellen oder aufnehmen. Die Forschenden betrachten dabei die Flexibilität jedes Gebäudes separat und prüften, wie sich der Betrieb optimal an das Netz anpassen lässt.

Optimierte Flexibilität für stabile Netze

Ein Multi-Agenten-System vernetzte in den Simulationen alle dezentralen Energiekomponenten. Jede Komponente verfügte über einen Software-Agenten, der die Informationen anderer Anlagen berücksichtigte und den eigenen Betrieb daran anpasste. Zusätzlich koordinierte ein Energiemanagementsystem die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch, um Transformatoren und Leitungen nicht zu überlasten.

Nach Angaben von Dr.-Ing. Fernando Penaherrera vom Offis – Institut für Informatik zeige die abgeschlossene Analyse, dass optimierte Fahrpläne den Ladezustand von Speichersystemen senken können. Dadurch entsteht die Möglichkeit, künftig weniger Speicherkapazität vorzuhalten. Gleichzeitig reduziert sich der parallele Stromverbrauch von Pufferspeichern, was Überlastungen im Niederspannungsnetz verhindert. Dieses arbeitet mit 230 V und darf laut den Forschenden nur um maximal fünf Prozent nach oben oder unten abweichen.

Die Kombination aus optimierter Flexibilität und zentralem Energiemanagement verringerte zudem die Zahl kritischer Netzsituationen. Besonders relevant ist dies in Phasen hoher gleichzeitiger Last, etwa wenn viele Elektrofahrzeuge gleichzeitig laden. Hier stabilisiert die digitale Steuerung das System.

Quartiersanalysen für Braunschweig

Für das Wohnquartier „Am Ölper Berge“ in Braunschweig untersuchten die Forschenden, wie sich eine zunehmende Nutzung dezentraler Technologien auf den Energiebedarf und die CO2-Emissionen auswirkt. Das Quartier umfasst 49 Wohngebäude, die heute durch das lokale Energieversorgungsunternehmen Strom und Wärme erhalten.

Die Simulationen zeigten deutliche Effekte: Verbesserte Dämmung, der Einsatz effizienterer Wärmepumpen, ein Niedertemperatur-Fernwärmenetz sowie eine wachsende Zahl von Photovoltaikanlagen senken die Treibhausgasemissionen nach Angaben des Zentrums um bis zu 75 Prozent. Gleichzeitig verringert sich der gesamte Energiebedarf des Quartiers. Für ein dauerhaft stabiles Stromnetz ist jedoch ein intelligentes Energiemanagementsystem notwendig.

Ein thermisches Modell, das Parameter wie Wandflächen, Dämmstärken und Fensteranteile berücksichtigt, bildet den Wärmebedarf der Gebäude stundengenau ab. Diese Datentiefe hilft dabei, Lastspitzen präzise vorherzusagen und geeignete Ausgleichsstrategien zu planen.

Informations- und Kommunikationstechnik als Risikofaktor

Die Forschenden simulierten zusätzlich, welche Folgen Störungen in der digitalen Kommunikation haben. Verzögerungen bei der Informationsübertragung oder bei der Berechnung von Optimierungsmaßnahmen wirken sich kaskadenartig aus. In Extremfällen bleibt das Netz laut der Analyse bis zu sechs Sekunden instabil, bevor das Energiemanagementsystem eingreifen kann.

Das Zentrum für digitale Innovationen Niedersachsen folgert daraus, dass technische Mechanismen entwickelt werden müssen, um diese Latenzen zu verringern. Nur so lässt sich die Sicherheit digital gesteuerter Energiesysteme langfristig gewährleisten.
 
Autorin: Davina Spohn