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SINTEG - Digitale Agenda für die Energiewende

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Die Zukunft der Energie


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Gestern war die Energieversorgung einfach. Strom und Wärme wurden in Atom-, Gas- und Kohlekraftwerken produziert und flossen von dort direkt zu den Verbrauchern. Die Kraftwerke liefen rund um die Uhr und garantierten so größtmögliche Versorgungssicherheit. Eben einfach, diese Energie-Einbahnstraße. Aber auch unflexibel – und vor allem: mit den Anforderungen an Klima- und Umweltschutz nicht vereinbar.
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Heute stammt unser Strom zu immer größeren Teilen aus erneuerbaren EnergieträgernDas sind vor allem Sonne, Wind, Wasser und Biomasse. Sie decken 42 Prozent unseres Stromverbrauchs ab. Der Vorteil: Sie sind nachhaltig, reichlich vorhanden und klimaneutral. Allerdings schwankt ihre Stromerzeugung, weil die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht immer gleich stark weht.

Was sich noch verändert: Jeder von uns verbraucht nicht nur Energie, sondern kann sie auch produzieren, für sich selbst und für andere, zum Beispiel mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem Hausdach. So werden wir zu sogenannten „Prosumenten“.

Unsere Energiewelt wird  vielfältiger und klimafreundlicher. Strom kommt aus vielen verschiedenen Quellen und fließt vom Windrad zum Verbraucher, aber auch vom Hausdach zum örtlichen Stromanbieter. Um das zu koordinieren, werden neue Technologien benötigt.

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Für das Energiesystem der Zukunft benötigen wir neue Ideen. Ideen, wie man zum Beispiel Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien speichern und für wind- oder sonnenarme Zeiten „hamstern“ kann. Aber auch, wie man sie intelligent verteilt. Denn auch wenn Strom dezentraler erzeugt wird, müssen unsere Stromnetze tadellos funktionieren. Aus der Energie-Einbahnstraße der alten Energiewelt wird eine mehrspurige Durchgangsstraße mit unzähligen Auf- und Ausfahrten.

Den Schlüssel haben wir bereits in der Hand: die Digitalisierung.
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Bausteine der Energiewende

Wie kann Deutschland umweltfreundlich, sicher und bezahlbar mit Strom und Wärme aus Erneuerbaren versorgt werden? Um die Energiewende zu schaffen, brauchen wir Antworten auf diese Frage. Antworten, die auch in der Praxis funktionieren. Entwickelt und getestet werden sie im „Schaufenster intelligente Energie – Digitale Agenda für die Energiewende“ – kurz SINTEG.

Überall in Deutschland testen die Macherinnen und Macher von SINTEG Innovationen für die digitale Energiezukunft, in Start-ups und Großunternehmen, in Forschungseinrichtungen und Kommunen. Ein riesiges Reallabor also für die Energiewende. Das Ziel: eine Blaupause für das Energiesystem von morgen zu erschaffen.

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ERZEUGUNG & VERBRAUCH

Wie können Stromerzeugung und Verbrauch künftig besser aufeinander abgestimmt werden? Wie können tausende Photovoltaikanlagen und Windräder miteinander gesteuert werden? Und können wir Menschen motivieren, ihren Energieverbrauch an Zeiten anzupassen, in denen viel Strom produziert wird? Antworten auf diese und andere Fragen wollen Expertinnen und Experten im Rahmen von SINTEG finden.

NETZE & DIGITALISIERUNG

Um die Netze nicht zu überlasten und die Energieversorgung sicherzustellen, müssen Erzeugung und Verbrauch immer zu einander passen. Dafür muss man wissen, wann wieviel Energie wo verbraucht wird und wo wieviel Strom in das Netz eingespeist wird – deshalb müssen alle Bereiche des Energiesystems – zum Beispiel Erzeuger, Verbraucher und Speicher – miteinander verbunden werden und mit Hilfe intelligenter Messsysteme miteinander kommunizieren. Über flexible Netze, die Strom in alle Richtungen transportieren können.

SPEICHER & SEKTORKOPPLUNG

Wir möchten in Zukunft ohne Energie aus Kohle, Öl und Atomkraft auskommen. Um Versorgungssicherheit auch dann sicherzustellen, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht, brauchen wir neue Speichertechnologien und -konzepte. Dazu gehört auch, dass Elektroautos zu Stromspeichern werden und Strom etwa in Wärme oder Kälte umgewandelt wird, um diese zu speichern.

WIRTSCHAFT - SMARTE FABRIK

Wie kann die besonders energieintensive Industrie ihre Produktion an Zeiten anpassen, in denen viel Strom erzeugt wird und deshalb günstig verfügbar ist? Im Rahmen von SINTEG arbeiten Expertinnen und Experten aus Unternehmen und Forschungsinstituten gemeinsam an Musterlösungen für die Wirtschaft von morgen.

INFORMATION

Die Energiewende geht uns alle an. Deshalb soll sie ein echtes Gemeinschaftsprojekt werden, von allen für alle. Was man dazu braucht? Gute Ideen wie Akteure der Energiewende alle Bürgerinnen und Bürger erreichen können: um über Fortschritte und Ziele zu informieren, Chancen aufzuzeigen, Bedenken ernst zu nehmen. Und: um die Menschen, die sich engagieren, zum Weitermachen zu motivieren.

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Die SINTEG-Schaufenster

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Verbrauch & Erzeugung

Wie können Stromerzeugung und Verbrauch künftig besser aufeinander abgestimmt werden? Wie können tausende Photovoltaikanlagen und Windräder miteinander gesteuert werden? Und können wir Menschen motivieren, ihren Energieverbrauch an Zeiten anzupassen, in denen viel Strom produziert wird?

Antworten auf diese und andere Fragen wollen Expertinnen und Experten im Rahmen von SINTEG finden.
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Projekt: VVPP TSB –  Virtual Virtual Power Plant
Schaufenster:
DESIGNETZ
Region: Bingen
Macher: Transferstelle Bingen (TSB)
Ziel: Nachweis der wirtschaftlich nutzbaren Flexibilität virtueller Kraftwerke

Gemeinsam sind wir stark. Das gilt auch für den Umstieg von großen herkömmlichen Kraftwerken auf viele kleine Stromproduzenten. Immer mehr Kohlekraftwerke machen Platz für die Erneuerbaren. Diese aber produzieren Strom nicht mehr zentral in einem großen Kraftwerk, sondern mit vielen kleinen Anlagen und an vielen verschiedenen Orten. Dezentral nennen die Fachleute das und wollen für mehr Verlässlichkeit bündeln, was zusammengehört. Denn die Erneuerbaren liefern abhängig vom Wetter nicht immer gleich viel Energie.

Mehr als 100 echte Stromerzeugungs- und Stromverbraucheranlagen haben Forscher der Transferstelle Bingen deshalb zu einem großen virtuellen Kraftwerk zusammengebunden. Sie simulieren die Funktionsweise für das Energiesystem der Zukunft im Jahr 2035. Darunter Blockheiz- und Biomassekraftwerke, Gasturbinen, Wasser-, Windkraft- und Photovoltaikanlagen oder Notstromanlagen. Sie wollen zeigen, dass die Flexibilität solcher Energiebündel wirtschaftlich nutzbar ist und sie herkömmliche Kraftwerke ersetzen können. Denn virtuelle Kraftwerke können flexibel, schnell und genau auf die Schwankungen des Energiebedarfs reagieren und damit einen wichtigen Beitrag zum Gelingen der Energiewende leisten.

„Alles, was einen Stecker hat, wird in Zukunft eine Form von Flexibilität brauchen“, sagt Joachim Walter, Geschäftsführer der Transferstelle Bingen. „Im Jahr 2035 werden unsere E-Cars, Heizungsanlagen oder Pumpen und andere Stromverbraucher ganz selbstverständlich schon beim Kauf technisch vorbereitet sein für eine Vernetzung mit intelligenten Kraftwerken.“ So leistet jeder Einzelne seinen Beitrag zum Klimaschutz und wird Teil der Energiewende.

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Projekt: Dynamisches Stromtarifmodell der Stadtwerke Norderstedt
Schaufenster:
NEW 4.0
Region: Norderstedt, Schleswig-Holstein, Hamburg
Macher: Stadtwerke Norderstedt
Ziel: Flexibilisierung des Stromverbrauchs beim privaten Endverbraucher

Die Windräder drehen sich kräftig an diesem Morgen über Schleswig-Holstein. Viel Windstrom gelangt ins Netz und ist deshalb besonders günstig. Automatisch schalten sich in Norderstedt „schlaue“ Steckdosen ein. Insgesamt 5.476 Steckdosen sind in mehr als 1.000 Haushalten über ein sicheres Glasfasernetz mit den örtlichen Stadtwerken verbunden. Sie sind Kernstück eines Forschungsprojekts zu dynamischen Strompreisen im Rahmen der Norddeutschen Energiewende, kurz NEW 4.0. Durch ein intelligentes Energienetz sollen Hamburg und Schleswig-Holstein bis 2035 zu 100 Prozent mit erneuerbaren Energien versorgt werden.
 
Doch wohin mit überschüssiger Windenergie und was, wenn der Wind mal nur ein laues Lüftchen ist? Diese Frage untersuchen die Stadtwerke Norderstedt und stellen dabei private Haushalte in den Mittelpunkt. „Ziel ist es, unseren Kunden flexible und dynamische Tarife anzubieten, mit denen sie Windstrom nutzen und dabei noch sparen können. Wir wollen nicht Terminstrom anbieten, sondern Flexibilität“, sagt Thorsten Meyer, Leiter des NEW-4.0-Teilprojekts bei den Stadtwerken Norderstedt.

Mit den schaltbaren Steckdosen wird eine solche intelligente Stromnutzung ganz einfach. Wird viel Windstrom produziert, schalten sie sich ein. Dann laden sie Elektroautos, E-Bikes, Akkustaubsauger und Smartphones. Oder sie starten Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen und Geschirrspüler. In windarmen Phasen sinkt das Stromangebot aus erneuerbaren Energien. Dann schaltet sich die Steckdose aus, denn der Preis steigt.

Ende 2020 wollen die Stadtwerke die Frage beantworten können, ob es technisch möglich ist, dynamische Stromtarife flächendeckend einzuführen.

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Projekt: Areal Flughafen Stuttgart
Schaufenster: C/sells
Region: Stuttgart
Macher: Areal Flughafen Stuttgart, Flughafen Stuttgart Energie GmbH (FSEG)
Ziel: Flexibilität im Stromsystem bereitstellen

Ein mehr als 78 Tonnen schwerer Airbus A300 setzt am Abend zur Landung an. Die Landebahnbefeuerung des Flughafens Stuttgart weist ihm den Weg durchs Dunkel. In der Ferne leuchten schon die Terminalgebäude. Hier geht nichts ohne Energie und auf die muss zu 100 Prozent Verlass sein.

Das Flughafenareal verbraucht mit 50 Gigawattstunden pro Jahr so viel Strom wie rund 18.000 Haushalte. Um für die Zukunft mit 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien gerüstet zu sein, arbeitet der Airport schon jetzt aktiv an der Energiewende mit. Er ist Teil des SINTEG-Schaufensters C/sells.

Auf dem Flughafen wird erprobt, wie Stromverbrauch und Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien flexibler aufeinander abgestimmt werden können. „Wir möchten vor allem bereits vorhandene Technik nutzen und sie intelligent ins Stromnetz einbinden“, sagt Miriam Feil, zuständig für die strategische Energieausrichtung am Flughafen Stuttgart. „E-Cars zum Beispiel stehen in unseren Parkhäusern meist mindestens einen Tag. Da sind wir beim Ladezeitpunkt flexibel. Und das ist erst der Anfang.“

Mit einem Blockheizkraftwerk und Photovoltaikanlagen produziert der Flughafen umweltverträglichen Strom selbst. Damit könnte er sich künftig zeitweise allein versorgen und sogar noch Strom abgeben. Zum Beispiel abends, wenn beim Stadtfest im Nachbarort außerordentlich viele Lichter angehen. Wird die erzeugte Energie nicht benötigt, kann sie in Wärme oder Kälte umgewandelt in thermischen Energiespeichern zwischengelagert werden. Zudem werden große Stromverbraucher wie Lüftungsanlagen oder Kältemaschinen flexibel betrieben. So ist zukünftig auch mit Erneuerbaren eine sichere Stromversorgung des Verkehrsknotenpunkts möglich.


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Projekt: WIRcommunity
Schaufenster: C/sells
Region: Nordbaden
Macher: Wircon GmbH, Oli Systems
Ziel: Anlagenbetreibern den Marktzugang ermöglichen  

Gemüse und Fleisch im Hofladen um die Ecke zu kaufen, ist ganz selbstverständlich. Doch warum kaufen wir unseren Strom nicht beim Nachbarn? Ganz einfach: Bisher ist das nicht möglich. Hausbesitzer mit einer Solaranlage müssen ihren überschüssigen Strom an den örtlichen Netzbetreiber verkaufen. An den großen Energiekonzernen oder Stadtwerken führt bislang kein Weg vorbei. Doch das könnte sich bald ändern. Blockchain heißt die Technologie, die den Handel mit kleinen Energiemengen möglich macht und damit den Stromverkauf über den Gartenzaun hinweg.  

In der badischen Gemeinde Waghäusel wurde im Rahmen des Projektes WIRcommunity gezeigt, wie das funktionieren kann. Private Haushalte und gewerbliche Nutzer waren zu einer Gemeinschaft zusammengeschlossen und über Computer miteinander verbunden. Einige erzeugten grünen Strom mit einer Photovoltaikanlage. Hatte jemand zu viel produziert, konnte er den Strom direkt an seinen Nachbarn verkaufen. Über das bestehende Netz floss der Strom von einem Grundstück zum anderen. Doch wie wurde der Verbrauch abgerechnet? „Die Blockchain, eine dezentrale Datenbank, dokumentierte, wie viele Kilowattstunden wann verkauft und verbraucht wurden“, sagt der Projektverantwortliche Dr. Thomas Brenner. Doch welchen Vorteil hat das? Für den Verkäufer: Er kann bestimmen, wer seinen Strom bekommt. Für den Käufer: Er weiß aus welcher Anlage der Strom kommt und hat damit die Gewissheit, dass er nur grünen Strom bezieht. Außerdem sind weniger Stromtrassen nötig, weil der Strom vor Ort erzeugt und verbraucht wird. Dadurch fallen auch weniger Kosten an.

Der Handel mit kleinen Strommengen passt perfekt zum Energiemarkt der Zukunft. Statt einiger weniger Großkraftwerke wird es dann unzählige kleine Anlagen geben. Und für die privaten Besitzer einer Photovoltaikanlage ist es eine zusätzliche und schöne Einnahmequelle – auch nach Auslaufen der EEG Förderung.
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Netze & Digitalisierung

Um die Netze nicht zu überlasten und die Energieversorgung sicherzustellen, müssen Erzeugung und Verbrauch immer zu einander passen. Dafür muss man wissen, wann wieviel Energie wo verbraucht wird und wo wieviel Strom in das Netz eingespeist wird – deshalb müssen alle Bereiche des Energiesystems – zum Beispiel Erzeuger, Verbraucher und Speicher – miteinander verbunden werden und mit Hilfe intelligenter Messsysteme miteinander kommunizieren. Über flexible Netze, die Strom in alle Richtungen transportieren können.
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Projekt: Demonstrations- und Partizipationszelle Dillenburg Schaufenster: C/sells
Ort: Dillenburg (Hessen)
Macher: EAM, Universität Kassel
Ziel: Ein regionaler, flexibler Strommarkt für mehr Netzstabilität

Würden Sie Ihr E-Auto zu einem bestimmten Zeitpunkt laden, wenn Sie dafür eine Prämie kassieren würden? Genau das steckt hinter der Idee der „C/sells-Demonstrations- und Partizipationszelle Dillenburg“. Hier entwickeln und testen der Energieversorger EAM und die Universität Kassel einen regionalen Flexibilitätsmarkt – kurz ReFlex. Dieser virtuelle Marktplatz soll Haushalte, Gewerbe und Industriebetriebe belohnen, wenn diese ihren Stromverbrauch in Zeiten anpassen, in denen besonders viel erzeugt oder verbraucht wird – das nämlich trägt zur Stabilisierung der Netze bei.

Ein Beispiel: Besteht eine lokale Strom-Überproduktion, etwa weil der Wind stark weht, könnte eine Familie ihren Verbrauch erhöhen, indem sie beispielsweise ihre Heimspeicher oder ihr Elektroauto lädt. Bei einem drohenden Stromengpass dagegen könnte sie selbst erzeugte Energie, zum Beispiel aus ihrem Photovoltaikspeicher, ins Netz einspeisen. Für diese Flexibilität erhält sie dann eine Vergütung vom Netzbetreiber.

Voraussetzung, um diese Idee in die Tat umzusetzen, ist innovative Messtechnik im Netz. „Wir haben Geräte installiert, die Anlagen automatisch steuern können. Aber auch Messgeräte, die erfassen, wo wann wieviel Strom fließt“, erläutert Tobias Fieseler von der EAM. Die gesammelten Netzdaten werden dann von der Universität Kassel mit Wetterdaten zusammengebracht und in Prognosen verwandelt. Das Ziel: So genau wie möglich vorhersagen, wie der Netzzustand am nächsten Tag aussieht. „Auf dieser Grundlage kann der Netzbetreiber dann auf dem Flexibilitätsmarkt eine Auktion erstellen – und Engpässe abwenden“, so Fieseler.

Ein Prototyp des Marktplatzes ist bereit für den Feldtest. Ob im echten Leben auch genügend Menschen mitmachen würden, soll unter anderem eine Befragung von Netzkunden herausfinden. Erik Heilmann von der Universität Kassel: „Wir wollen zeigen, dass ein Flexibilitätsmarkt technisch machbar ist – und dass die Bevölkerung für diesen Schritt in die Energiezukunft bereit ist.“

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Projekt: enera-Flexmarkt
Schaufenster: enera
Region: Ostfriesland
Macher: Avacon Netz, EWE AG, EWE NETZ, EPEX SPOT, TenneT
Ziel: Mehr Grünstrom ins Netz – und das ohne neue Leitungen

Ostfriesland, Nordseeküste: Die Sonne strahlt, eine steife Brise weht. Ein guter Tag für die Energiewende. Aber: „Viel hilft viel“ ist bei erneuerbaren Energien nicht immer richtig. Denn wenn Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen mehr Strom erzeugen, als verbraucht wird, kommt es zu einem „Stau“ im Netz, die Leitungen sind überlastet. Die Folge: Erneuerbare-Energie-Anlagen müssen heruntergeregelt werden, wertvolle Sonnen- und Windenergie bleibt ungenutzt. Wie kann man dies verhindern und dafür sorgen, dass immer mehr grüner Strom ins Netz eingespeist werden kann – und das, ohne sehr viele neue Leitungen zu bauen?

Für die Macher des SINTEG-Schaufensters enera liegt die Lösung dort, wo Energie vermarktet wird: an der Strombörse. „Wir haben mit der EPEX SPOT eine Handelsplattform für Flexibilität entwickelt, die es den Netzbetreibern ermöglicht, lokal einen Abnehmer für überschüssigen Strom zu finden. Sowohl Erzeuger als auch große Abnehmer von Strom können den Netzbetreibern anbieten, ihr eigentlich geplantes Verhalten kurzfristig zu ändern, um das Netz zu entlasten“ erläutert Jana Wilken von EWE, Konsortialführer des Projekts enera. So könne zum Beispiel ein Industriebetrieb den Dampf, den er für seine Produktionsprozesse benötigt, je nach Stromangebot durch Erdgas oder Strom erzeugen (Power-to-heat).

Flexible Biogasanlagen können ihre Produktion verschieben, bis die Netze wieder neuen Strom aufnehmen können. Und eine Power-to-Gas-Anlage kann überschüssigen Strom in klimaneutrales Gas verwandeln. Eine Nachweisplattform dokumentiert alle Vorgänge, am Ende des Monats vergütet der Netzbetreiber die kontrahierte Flexibilität. Flexibilität sorgt also für Stabilität. Und bereitet den Weg für mehr Grünstrom im Netz.

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ProjektENergien intelligent KOordiniert (ENKO)
Schaufenster
: NEW 4.0 – Norddeutsche EnergieWende
Region: Schleswig-Holstein und Hamburg
Macher: Schleswig-Holstein Netz AG, ARGE Netz GmbH & Co. KG
Ziel: Mehr Grünstrom ins Netz einspeisen und vor Ort nutzbar machen

Vielleicht haben Sie sich auch schon mal gefragt: Warum drehen sich Windräder häufig nicht, obwohl Wind weht? Sind sie defekt oder müssen gewartet werden? Kann sein. In einigen Fällen allerdings stehen die Anlagen still, weil sie gezielt abgestellt wurden. Der Grund: Das Netz ist „voll“. Denn nicht immer, wenn in windreichen Gegenden wie Norddeutschland viel grüner Strom erzeugt werden kann, wird hier auch viel Strom verbraucht. „Wind- und Solarparks können grundsätzlich deutlich schneller errichtet werden als Hoch- und Höchstspannungsleitungen, deren Trassenverlauf mit hunderten Gemeinden und weiteren Betroffenen abgestimmt werden müssen“, erläutert Dr. Stefan Gehler von der Schleswig-Holstein Netz AG (SH Netz). Doch was tun, bis das Netz ausreichend ausgebaut ist, um den Wind- und Sonnenstrom aufzunehmen und zu verteilen? Das Projekt ENKO im Schaufenster NEW 4.0 hat diese Frage in zwei Schritten beantwortet.

Erstens: eine Netzampel. Auf einer interaktiven Online-Karte kann jeder beobachten, in welchen Gemeinden gerade Grünstrom eingespeist wird – und wo nicht. „Wir wollen den Menschen ein Bewusstsein für das Ausmaß der Herausforderung und die Notwendigkeit von Lösungen vermitteln“, sagt Dr. Stefan Gehler.

Und zweitens: Eine Plattform, die „ENergien intelligent KOordiniert“ (ENKO), indem sie die lokalen Verbraucher mit den Netzbetreibern verbindet. Auf der ENKO-Plattform geben Betreiber flexibler Verbrauchsanlagen (zum Beispiel Power-to-X-Lösungen) an, wie viel Strom sie mehr verbrauchen könnten. Die Netzbetreiber ermitteln damit die kostengünstigste und effizienteste Engpassmanagementmaßnahme und wählen die hierfür notwendigen Flexibilitätsangebote aus. Der Flexibilitätsanbieter wird über die Plattform über seinen Zuschlag benachrichtigt. Vollautomatisch. Dr. Stefan Gehler: „So sorgen wir schon für Entlastung, bevor das Netz überhaupt überlastet ist – und ermöglichen, mehr Grünstrom zu nutzen. Das ist gut fürs Klima und die Wirtschaft.“ Was jetzt noch fehlt:  der Übergang vom Projekt zum Regelbetrieb. Zum jetzigen Zeitpunkt können Netzbetreiber den Anbietern von Flexibilität noch keinen Anreiz bieten. Die Vorschläge dazu liefern die beteiligten Experten.  
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Projekt: System-Cockpit
Schaufenster: DESIGNETZ
Region: Essen
Macher: Westnetz GmbH
Ziel: Das digitale Energiesystem 2035 testen  

Früher war die Energieversorgung einfach. Wenige große Kraftwerke haben Energie erzeugt und „von oben“ an die Verbraucher (z.B. Haushalte, Industrieunternehmen oder Landwirte) verteilt. Dafür wurden unsere Strom-, Gas- und Wärmenetze ausgelegt. Heute sieht das Ganze anders aus: Immer mehr kleine und dezentralere Einheiten erzeugen Energie – z.B. Photovoltaik-, Biogas- oder Windkraftanlagen – und speisen diese „von unten“ in das Stromnetz ein. Das stellt das Energiesystem vor Herausforderungen: zum einen mit schwankender Einspeisung umzugehen, zum anderen die nicht lokal benötigte Energie regional oder überregional zu verteilen. 

Mittlerweile gibt es auch immer mehr Energieverbraucher – von Haushaltsgeräten und  Heizungen bis hin zu großen Industrieanlagen – die ihren Bedarf flexibel an die aktuell zur Verfügung stehende Energie anpassen können.

Wie flexible, dezentrale Erzeugung und Verbrauch in Zukunft sinnvoll zusammenspielen, damit die Netze zuverlässig und sicher eine möglichst große Menge an grüner Energie transportieren können, untersucht das „System-Cockpit“. „Wir testen das digitale Energiesystem im Jahr 2035“, sagt Teilprojektleiterin Annegret Hermanns. „Wir sammeln praktische Erfahrungen über das Verhalten, Vorteile und Grenzen unterschiedlicher Technologien – wie Kraft-Wärme-Kopplung, Elektromobilität, Batteriespeicher. Hierzu verbinden wir die heutigen realen Anlagen mit den Anforderungen der von uns simulierten Energiewelt 2035.“ 

Im System-Cockpit wird mithilfe von Prognosen die erwartete Auslastung der Stromnetze den zu erwartenden Verbrauchs- und Erzeugungskapazitäten gegenübergestellt. Für jede angebundene Anlage wird daraufhin ein optimierter Fahrplan – d.h. wieviel Energie von ihr erzeugt oder verbraucht werden sollte – erstellt. Ausgangspunkt ist: Energie dort verbrauchen, wo sie erzeugt wird. Was lokal nicht verbraucht wird, wird ins regionale oder überregionale Umfeld weitergeleitet – dahin, wo die Energie benötigt wird bzw. gespeichert werden kann.  

„Im System-Cockpit testen wir vieles aus: Wie können wir die schwankende Erzeugung und den Verbrauch optimal aufeinander abstimmen? Mit welcher Menge Energieeinspeisung kann ich überhaupt rechnen? Wie halten wir die Versorgung stabil? Wie schnell reagieren die Technologien auf Anfragen?“, so Hermanns. Aus den Erkenntnissen lassen sich technische, regulatorische und politische Rahmenbedingungen für ein funktionierendes dezentraleres Energiesystem der Zukunft ableiten.
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Projekt: Lab Noir im AutonomieLAB Leimen
Schaufenster: C/sells
Region: Rhein-Neckar-Kreis
Macher: energy design, Fraunhofer IEE, Fichtner IT Consulting GmbH, SW Schwäbisch Hall
Ziel: Eine Musterlösung für Inselnetze entwickeln 

Plötzlich geht das Licht aus, das Telefon funktioniert nicht mehr und der Kühlschrank taut ab. Ein Stromausfall kommt immer mal wieder vor – meistens dauert er nur einige Minuten, manchmal auch Stunden oder Tage. Ohne Strom zu sein, kann für manche Menschen lebensbedrohlich werden, etwa wenn sie zuhause an ein Beatmungsgerät angeschlossen sind. Doch wie kann die Versorgung nach einem Blackout gewährleistet werden? Die Lösung: sogenannte Inselnetze.

Im Rhein-Neckar-Kreis wurden Stromausfall und Notbetrieb beim Lab Noir simuliert. Dafür wurde die Stromversorgung für zwei Reihenhäuser in Leimen unterbrochen. Schon nach gut einer Minute hatten die beiden Haushalte wieder Strom. Wie ist das gelungen? Eines der Häuser hat eine Photovoltaikanlage auf dem Dach, und überschüssiger grüner Strom wird in einer Batterieanlage gespeichert. Diese übernahm die Notversorgung für beide Häuser. Damit der Notbetrieb möglichst lange aufrechterhalten werden konnte, war es wichtig, nur Geräte wieder in Betrieb zu nehmen, die dringend benötigt wurden. Sensoren an den Geräten meldeten den Energiemanagern in den Häusern – einer Software von Fraunhofer – den Leistungsbedarf. „Der Einsatz der Geräte, der Energieverbrauch und der Speicherstand wurden dann auf Tablett, Computer oder Smartphone der Hauseigentümer übertragen“, sagt Projektleiter Andreas Kießling. So konnten diese  entscheiden, ob die Waschmaschine oder der Wasserkocher laufen sollte. Eine weitere Herausforderung war, nach Ende des Stromausfalls die Reihenhäuser wieder ohne Störungen ans externe Netz anzuschließen. Das wurde durch ein Signal der Stadtwerke Schwäbisch Hall an die Steuerbox am „digitalen Netzanschluss“ der Gebäude geregelt.    

Die Häuser konnten sich als Inselnetz selbst versorgen. Dieses Modell lässt sich auch auf Gewerbegebiete oder Wohnquartiere übertragen. Denn mit dem Ausbau erneuerbarer Energien wird längst in jedem Zipfel Deutschlands grüner Strom erzeugt.   
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Speicher & Sektorkopplung

Wir möchten in Zukunft ohne Energie aus Kohle, Öl und Atomkraft auskommen. Um Versorgungssicherheit auch dann sicherzustellen, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht, brauchen wir neue Speichertechnologien und -konzepte. Dazu gehört auch, dass Elektroautos zu Stromspeichern werden und Strom etwa in Wärme oder Kälte umgewandelt wird, um diese zu speichern.

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Projekt: Energiewabe InnovationCity
Schaufenster: DESIGNETZ
Region: Bottrop
Macher: Gas- und Wärme-Institut Essen (GWI), innogy SE, Westnetz GmbH, ELE Verteilnetz GmbH, Innovation City Management GmbH
Ziel: Micro-KWK-Anlagen stabilisieren das Stromnetz und reduzieren CO2

Ein Seiltänzer muss sich stets gut ausbalancieren, damit nichts schief geht. Und er muss viel üben, bevor er den Drahtseilakt wagt. Ähnlich ist es auch mit dem Stromnetz. Es wird durch die schwankende Einspeisung von erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne vor neue Herausforderungen gestellt. Der Betrieb der Netze muss zunehmend ausbalanciert werden. Wie hocheffiziente und klimafreundliche Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (kurz: KWK-Anlagen) dabei helfen können, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen, untersucht ein Teilprojekt unter Leitung des Essener Gas- und Wärme-Instituts (GWI) und der innogy SE. Es ist Teil des SINTEG-Schaufensters DESIGNETZ, das übertragbare Ideen für das Stromnetz der Zukunft entwickelt.

Der Drahtseilakt der Energiezukunft wird in Bottroper Kellern geprobt. Bottrop ist Modellstadt der InnovationCity, hier stehen bereits 100 solcher hocheffizienter kleiner KWK-Anlagen, die mit unterschiedlicher Leistung und verschiedenen Technologien arbeiten. Die Anlagen sichern den Wärmebedarf der Häuser und produzieren gleichzeitig Strom. Zukünftig sollen sie auch dann einspringen, wenn zusätzlicher Strom im Netz benötigt wird. Zwei von ihnen und eine Musteranlage im Essener Institut wurden dafür zusammengeschlossen und können ferngesteuert geschaltet werden.

„Uns geht es vor allem darum, herauszufinden, ob die Anlagen für eine solche Flexibilität technisch nutzbar sind und ihre Nutzung sich mit den Bedürfnissen der Hausbewohner vereinbaren lassen“, sagt Maren Wenzel vom GWI. Denn im Idealfall bekommen die Bewohner gar nicht mit, dass ihre Anlage gerade hilft, das Verteilnetz zu stabilisieren. Auch im Blick haben die Forscherinnen und Forscher das zukünftige Zusammenspiel von Kunde, Markt und Stromversorger. Möglich wären zum Beispiel zukünftige Geschäftsmodelle, mit deren Hilfe eigenproduzierter Strom durch den Anlagenbetreiber selbst vermarktet werden kann.  

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Projekt: Power-to-Heat/Power-to-Cold-Anlage
Schaufenster: WindNODE
Region: Berlin
Macher: GASAG Solution Plus GmbH
Ziel: Stabilisierung der Stromnetze mit innovativer Wärme-/Kälte-Technologie

Nur einmal blinken, die Ausfahrt in der Berliner City nicht verpassen und schon stehen Besucher in einem europaweit einzigartigen begehbaren Labor der Energiewende. Wo früher aus Kohle das sogenannte Stadtgas hergestellt und in riesigen Speichern zwischengelagert wurde, steht heute eine der modernsten Energiezentralen der Welt. Auf 150.000 Quadratmetern Büro- und Gewerbefläche, dem Stadtquartier EUREF-Campus in Berlin-Schöneberg, untersuchen Forscher, wie solche Büro- und Wohnquartiere durch ein effizientes Zusammenspiel verschiedener Energieanlagen klimafreundlich mit Energie versorgt werden können. Mehr als 3.500 Menschen arbeiten hier in 50 Firmen und Forschungseinrichtungen.

Herzstück des Campus ist die EUREF-Energiewerkstatt. Sie erzeugt alle im Quartier benötigte Wärme, Kälte und einen Teil des benötigten Stroms selbst. Bereits seit 2014 erfüllt das Gelände damit die CO2-Klimaziele für das Jahr 2050. „Dazu werden die einzelnen Anlagen mit einer intelligenten Steuerung verknüpft. Sie bestimmt die richtige Reihenfolge und den richtigen Zeitpunkt für das Einschalten der Komponenten“, erklärt Dr. Michael Rath, Projektleiter WindNODE bei der GASAG Solution Plus GmbH. Die Steuerungszentrale der Anlage reagiert selbstständig alle 15 Minuten auf einen neuen „Fahrplan“. Er wird mit Hilfe von aktuellen Wetterdaten und den schwankenden Preisen an der Strombörse mit einem selbstlernenden Verfahren berechnet.

Besonders stolz ist Rath auf die Steuerung von Deutschlands erster kombinierter Power-to-Heat/Power-to-Cold-Anlage, die ebenfalls Teil der Energiewerkstatt ist. Sie kann überschüssigen erneuerbaren Strom sowohl in Wärme als auch in Kälte umwandeln und speichern. Bei Bedarf können beide Speicher der Anlage auch nur mit Kälte oder Wärme gefüllt werden – zum Beispiel im Sommer, wenn kaum Wärme, aber reichlich Kühlung benötigt wird. „Solche hoch flexiblen Anlagen passen perfekt in die Energiewelt der Zukunft“, sagt Rath.


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Projekt: Hochtemperaturspeicher für die flexible Nutzung erneuerbarer Energie
Schaufenster: WindNODE
Region: Berlin
Macher: Lumenion GmbH
Ziel: Erneuerbare Energie für den Wärmemarkt nutzbar machen

Wenn der Wind mal wieder nicht zu bremsen ist, wird jede Menge erneuerbarer Strom aus Windkraft ins Netz eingespeist, manchmal mehr als benötigt wird. „Wertvolle Windenergie wegwerfen, das ist unnötig und teuer“, findet Philip Hiersemenzel vom Speichersystemspezialisten Lumenion GmbH. „Alle reden über erneuerbaren Strom. Doch wir benötigen über die Hälfte unserer Energie als Wärme. Zum Heizen, für warmes Wasser und für viele industrielle Anwendungen.“

Deshalb haben die Experten von Lumenion eine Technologie entwickelt, die erneuerbare Energie für den Wärmemarkt nutzbar macht: einen sogenannten Hochtemperaturspeicher für die flexible Nutzung erneuerbarer Energie. Und das funktioniert so: Wenn gerade zu viel Windstrom zur Verfügung steht, sichert das für hohe Temperaturen ausgelegte Speicher-Blockheizkraftwerk aus Industriestahl diesen bei 650 Grad Celsius als Wärme. Es gibt die Energie wieder als Prozess- oder Fernwärme und bei Bedarf auch als Strom ab, immer dann, wenn sie gebraucht wird – zum Beispiel bei Dunkelheit oder Flaute.

Der „Menion“ getaufte Speicher kann schnell große Mengen an Wind- und Sonnenenergie aufnehmen, ist aber auch in der Lage, sie drei bis fünf Mal länger wieder abzugeben. So hilft er dabei, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen und saubere Energie bedarfsgerecht bereitzustellen. Verbraucher mit besonders hohem Energiebedarf können mit solchen Speichern ihre Kosten senken, indem sie Strom kaufen, wenn er gerade besonders günstig ist und die gespeicherte Energie nutzen, wenn die Preise hoch sind. Bis zu 40 Jahre hält so ein Speicher und ist später vollständig recyclebar. Anwendungsmöglichkeiten gibt es viele. Vom Biobauern mit reichlich Windkraft vor der Tür, der die Anlage und den entstehenden Dampf zum Beispiel zum Frosten und Blanchieren seiner Lebensmittel nutzt - bis hin zu Stadtwerken, die so das CO2 aus ihren Fernwärmenetzen verbannen könnten.

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Projekt: Wind zu Wasserstoff
Schaufenster: NEW 4.0
Region: Brunsbüttel
Macher: Schleswig-Holstein Netz (SH Netz), Wind2GasEnergy, H2 Mobility
Ziel: Sektorkopplung für die Energiewende im Norden  

Schleswig-Holstein ist ein guter Standort für Windenergie:
In dem Land zwischen Nord- und Ostsee erzeugen Windräder recht zuverlässig grünen Strom. Aber: Der Wind weht nicht immer gleichmäßig, die Ausbeute an Energie schwankt. Bei starkem Wind wird manchmal mehr Strom produziert, als das Netz aufnehmen kann. Die Folge: Ganze Windparks müssen abgeschaltet werden. Ein Pilotprojekt demonstriert jetzt, wie dieser „überschüssige“ Strom genutzt werden kann. Der Schlüssel dazu: Wasserstoff. „Unsere Hauptmotivation war es, Windstrom zu speichern und dabei auch die sogenannte Sektorkopplung voranzutreiben“, so Tim Brandt, Geschäftsführer und Projektleiter von Wind2Energy. Bisher vollzog sich die Energiewende mit Wind- und Solarstrom hauptsächlich im Stromsektor. In den Sektoren Mobilität und Wärme kommen immer noch überwiegend fossile Energieträger zum Einsatz. Das soll sich mit Wasserstoff ändern.

Grüner Wasserstoff - also Wasserstoff, der mit erneuerbarem Strom erzeugt wird - gilt als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Mit ihm wird Energie von Sonne und Wind speicherbar und lässt sich auch außerhalb des Sektors Strom verwenden. Wie das lokal in der Praxis funktioniert, erprobt Wind2Gas Energy mit seinen Projektpartnern in einem Industriepark in Brunsbüttel. Im Rahmen von SINTEG hat das Unternehmen einen Elektrolyseur gebaut, der aus Windstrom grünen Wasserstoff macht. 

Gleich in der Nachbarschaft des Elektrolyseures betreibt das Unternehmen zusammen mit SH Netz eine Anlage, die den grünen Wasserstoff ins Erdgasnetz einspeist – die erste Anlage dieser Art in Schleswig-Holstein. Ebenfalls auf dem Gelände befindet sich eine Wasserstofftankstelle von H2 Mobility, auch die beliefert der Elektrolyseur mit grünem Wasserstoff. „Alle Komponenten wurden ganz bewusst in unmittelbarer Nähe zur lokalen Industrie errichtet“, so Brandt. „Die wollen wir perspektivisch gerne als Kunden gewinnen.“ Als Nächstes soll ein ÖPNV-Projekt umgesetzt werden: Lokale Verkehrsbetriebe planen die Anschaffung von Wasserstoffbussen. Die können dann im Industriepark den vor Ort hergestellten grünen Wasserstoff aus heimischem Wind tanken.
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Projekt:Intelligente Energiezelle im Stadtquartier FRANKLIN

Schaufenster: C/sells
Region: Mannheim
Macher: MVV Energie AG, Mannheim
Ziel: Optimierte Verbindung von Wärme, Strom und E-Mobilität  

Frühabends, in vielen Wohnungen brennt Licht, es wird gekocht, der Stromverbrauch ist hoch: Jetzt muss man nicht gleichzeitig noch das E-Auto aufladen, das hat Zeit bis später. „Smart Meter“ - intelligente Messsysteme - helfen den Bewohnern im neuen Mannheimer Stadtquartier FRANKLIN, Energie zeitlich sinnvoll zu nutzen und zu steuern. Sie ersetzen nach und nach die bisherigen Energiezähler und machen die Energieflüsse im Quartier sichtbar. 

Im Quartier FRANKLIN mit Wohnraum für rund 9.000 Menschen geschieht aber noch mehr: Hier entsteht ein Energiekonzept für die Zukunft. Das Energiemanagementsystem vernetzt Photovoltaik- und Power-to-Heat-Anlagen, dezentrale Wärmespeicher und E-Ladesäulen. Das Stromnetz wird dafür mit dem Wärmenetz gekoppelt. Ziel: ein stabiles Versorgungsnetz schaffen und dabei möglichst viel erneuerbare Energie ins System einspeisen.

Die Verbindung von Wärme, Strom und Mobilität machen dieses Vorzeigeprojekt einzigartig. „Wir stimmen hier alles aufeinander ab, was an Energie eingespeist, gespeichert und verbraucht wird“, sagt Projektleiter Dr. Robert Thomann von der MVV Energie AG. „Mit unserem Energiemanagement wollen wir möglichst viel erneuerbare Energien optimal nutzen und - obwohl Wind- und Sonnenenergie schwanken - zugleich eine hohe Versorgungsqualität erzielen.“

„Wir reagieren flexibel und leiten Energie dahin, wo gerade viel Bedarf ist“, so Dr. Thomann weiter. Wenn viel Wärme benötigt wird, fährt die Power-to-Heat-Anlage hoch. „Wird hingegen viel Strom benötigt, zum Beispiel für das Laden von Elektroautos an unseren Ladesäulen, drosseln wir die Anlage. Das ist möglich, weil wir in unserem Wärmenetz längere Zeit Wärme speichern können.“ Kapazitäten flexibel und intelligent nutzen: So funktioniert das Energiesystem der Zukunft.
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Wirtschaft - Smarte Fabrik

Wie kann die besonders energieintensive Industrie ihre Produktion an Zeiten anpassen, in denen viel Strom erzeugt wird und deshalb günstig verfügbar ist? Im Rahmen von SINTEG arbeiten Expertinnen und Experten aus Unternehmen und Forschungsinstituten gemeinsam an Musterlösungen für die Wirtschaft von morgen.
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Projekt: „Virtuelle Batterie“: flexible Aluminiumelektrolyse
Schaufenster: NEW 4.0
Region: Hamburg
Macher: TRIMET Aluminium SE
Ziel: Flexibel steuerbare Produktionsanlage mit Modellcharakter

Der riesige Schmelzofen in der Hamburger Aluminiumhütte der TRIMET Aluminium SE ist eine echte Diva. Schon winzige Temperaturschwankungen können die zwei Pkw-Parkplätze füllende Wanne mit einer Arbeitstemperatur von rund 970 Grad Celsius und rund 15 Tonnen Metall und Elektrolyt zum Überlaufen bringen – oder zum Erstarren. Der Schaden ginge in die Hunderttausende.  

„Seit 130 Jahren wird Aluminium nach dem gleichen Prinzip hergestellt“, erklärt Klaus Schweininger von TRIMET. Die sogenannte Schmelzflusselektrolyse wandelt Aluminiumoxid mit Hilfe von elektrischem Strom in Aluminium um. Um den Wärmehaushalt und das Magnetfeld in den Elektrolysezellen stabil zu halten, darf die Temperatur bisher um höchstens zehn Grad Celsius schwanken. Die gleichmäßige Einspeisung von Strom aus konventionellen Kraftwerken war dafür ideal. Mit der Energiewende soll der auf Stabilität ausgerichtete Elektrolyseprozess so verändert werden, dass er auch mit einer schwankenden Stromzufuhr funktioniert. Wie das machbar ist, untersuchen Forscher im Rahmen des Projekts „Power-to-Aluminium“, das Teil des Schaufensters NEW 4.0 ist.

Steuerbare Wärmetauscher an den Außenwänden der „Badewanne“ sind der Schlüssel zum Erfolg. Steht viel Strom zur Verfügung, kann mehr produziert werden, weil die dabei entstehende Wärme von den Wärmetauschern abgeführt und gespeichert wird. Bei Stromknappheit dagegen kann die Produktion vorübergehend reduziert werden. In diesem Fall wirken die Wärmetauscher als Isolator und verhindern ein Auskühlen der Zelle. Die Testphase war vielversprechend – ein „Roll out“ des Modellprojektes auf den gesamten Standort ermöglichte eine virtuelle Batterie mit einer Speicherkapazität von bis zu 3.800 MWh. Schweininger ist sicher: „Damit könnte man die Energie eines Sturmtiefs speichern und später langsam abgeben – statt wie derzeit einfach Windräder abzuschalten.“ 







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Projekt: Intelligentes industrielles Lastmanagement
Schaufenster: WindNODE
Region: Berlin
Macher: Siemens
Ziel: Ein zukunftsfähiges, intelligentes Energie- und Lastmanagement

Hier wird an Gasturbinen geschraubt, da an Messgeräten getüftelt, Motoren werden erdacht und Schaltgeräte gefertigt: Berlin ist der größte Siemens-Produktionsstandort weltweit. Wohin man schaut, wird hier Energie benötigt. Mit dem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien wird diese nicht immer gleichmäßig ins Netz eingespeist werden und damit nicht immer im gleichen Maß und zu gleichen Preisen zur Verfügung stehen. Deshalb untersucht Siemens am Traditionsstandort in der Berliner Siemensstadt, wie sich zum Beispiel Produktionszeiten und der Betrieb von Maschinen mit einer intelligenten Steuerung an die Verfügbarkeit der Erneuerbaren anpassen lassen. Die Fachleute nennen das „Lasten flexibel verschieben“.

Die Herausforderung dabei: Manche Arbeitsschritte lassen sich nicht verschieben, andere schon. Jedes Produkt wird anders hergestellt, braucht zu anderen Zeiten Strom. Tausend und ein Arbeitsschritt werden also von vielen einzelnen Faktoren beeinflusst. Alles unter einen Hut zu bringen ist ein bisschen wie Flöhe hüten. „Im Forschungsprojekt geht es uns darum, den perfekten Zeitpunkt für den Energieverbrauch zu ermitteln und dabei alle diese kleinen und großen Aspekte für eine möglichst reibungslose Produktion zu berücksichtigen“, erklärt Andreas Hüttner, Leiter der Siemens Arbeitspakete im Projekt WindNODE. „Dazu haben wir mit speziellen Messinstrumenten zuerst exemplarisch untersucht, wieviel Energie welche Maschine wann benötigt und wie flexibel sie in ihrem Energiebedarf ist.“

Mit solchen Daten gefüttert, könnte künftig eine intelligente Steuerung dem Gabelstapler im Werk sagen, wann er aufladen kann. Brennöfen würden dann eingeschaltet, wenn gerade viel Energie aus Erneuerbaren zur Verfügung steht. Der Betrieb vom Druckluft-, Kälte- und Klimaanlagen würde automatisch auf die Erneuerbaren abgestimmt. Und alle diese Maschinen wären technisch schon vorbereitet, auf einen solchen Einsatz. Im ZukunftsraumENERGIE zeigt Siemens am Standort Siemensstadt solche innovativen Lösungen zur Lastverschiebung in der Industrie auch für Besucher.

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Projekt: SESAM-Farm
Schaufenster: Designetz
Region: Rheinland-Pfalz
Macher: Pfalzwerke Netz AG, Fraunhofer Institut, Transferstelle Bingen (TSB)
Ziel: Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit für landwirtschaftliche Betriebe
 
Münchweiler/Alsenz in der Pfalz, sechs Uhr morgens. In den Ställen und in der Melkanlage brennt Licht. Über 120 Kühe müssen gemolken und ihre Milch anschließend gekühlt werden. Dafür wird viel Strom benötigt. Hoher Verbrauch ist meist mit hohen Kosten verbunden. Wie kann ein landwirtschaftlicher Betrieb das stemmen? Ganz einfach: Der Strom wird dort erzeugt, wo er verbraucht wird. Eine Photovoltaikanlage und ein Blockheizkraftwerk, das mit Pflanzenöl betrieben wird, liefern grünen Strom auf dem Hofgut Neumühle.    

Doch was ist an Tagen mit vielen Wolken, wenig Sonne und Wind? Mit der SESAM-Farm (Substainable Energy Supply for Agricultural Machinery) wird ein Modell entwickelt, wie landwirtschaftliche Betriebe energieeffizient und wirtschaftlich arbeiten können. Dahinter verbirgt sich ein ausgeklügeltes System. Anlagen, die Strom produzieren, sind mit den Verbrauchern - den Ställen und Büros - verbunden. Ein zentraler Energiemanager – das ist eine spezielle Software ­– regelt, dass immer genügend Strom vorhanden ist und Einspeisespitzen vermieden werden.  

Überschüssiger Strom wird in Batterien gespeichert, die bei Bedarf zugeschaltet werden.
Eine zentrale Rolle spielt dabei ein Hybrid-Traktor mit zwei Batterien, die Energie speichern und abgeben können. „Sekundenschnell erkennt der Energiemanager, ob die Batterien zum Laden oder Entladen verfügbar sind oder ob der Traktor gleich hinaus aufs Feld muss“, erklärt Professor Peter Pickel, einer der Projektmanager. Stromspeichern in mobilen, elektrisch betriebenen Landmaschinen kommt bei der Energiewende auf dem Land eine Schlüsselrolle zu.  Der Landwirt der Zukunft erzeugt nicht nur Nahrungsmittel, sondern auch grünen Strom - und zwar um diesen für seinen Betrieb zu nutzen, ins lokale Netz einzuspeisen und so sogar eine weitere Einnahmequelle zu erhalten.
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Information

Die Energiewende geht uns alle an. Deshalb soll sie ein echtes Gemeinschaftsprojekt werden, von allen für alle. Was man dazu braucht? Gute Ideen wie Akteure der Energiewende alle Bürgerinnen und Bürger erreichen können: um über Fortschritte und Ziele zu informieren, Chancen aufzuzeigen, Bedenken ernst zu nehmen. Und: um die Menschen, die sich engagieren, zum Weitermachen zu motivieren.
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Projekt: DESIGNETZ-App / Route der Energie
Schaufenster: DESIGNETZ
Region: Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Saarland
Macher: innogy, Westnetz
Ziel: Die Komplexität des Energiesystems mithilfe einer App erleben – kinderleicht

Erneuerbare Energien sind klimaschonend. Aber sie sorgen nur dann für Strom, wenn etwa der Wind weht oder die Sonne scheint. Was jedoch passiert, wenn zu wenig Strom erzeugt wird? Oder zu viel? Die Antwort klingt einfacher, als sie ist: Alle Faktoren im vernetzten Energiesystem müssen miteinander kommunizieren – Strom muss umgeleitet werden, Strom aus Speichern muss ins Netz eingespeist werden. Um nur wenige von vielen Möglichkeiten zu benennen.

Soweit zur Theorie. Die Praxis ist weit komplexer, lässt sich mit der DESIGNETZ-App aber spielerisch erleben. Dank Augmented Reality wird das Smartphone zum Energiesystem, in dem alles mit allem zusammenhängt. Die Nutzer reisen durch insgesamt 30 Projektstationen von DESIGNETZ und müssen das Stromverteilnetz stabil halten. Das geht spielerisch und im Gegensatz zur realen Welt kinderleicht – aber es schafft ein Verständnis dafür, wie das Energiesystem der Zukunft wirklich funktioniert.

Die App für Smartphones und Tablets steht in den App Stores für iOS- und Android-Geräte kostenlos zur Verfügung. Um die App zu benutzen, benötigt man den sogenannten „Marker“ – ein Muster aus grauen Dreiecken, das die App mit der Kamera des Smartphones zu einer virtuellen Energielandschaft werden lässt. „Die App ist verbunden mit den Haltestellen auf der ‚Route der Energie‘, die die Teilprojekte von DESIGNETZ in NRW, Rheinland-Pfalz und dem Saarland erlebbar machen“, sagt Sarah Steinert von innogy, die die Kommunikation für das SINTEG-Schaufenster mitverantwortet. „Interessierte Bürgerinnen und Bürger können sich dort über die Bausteine des Stromnetzes der Zukunft informieren.“ Wer die App auch zuhause nutzen möchte, kann den erforderlichen Marker auf der DESIGNETZ-Website herunterladen.

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Projekt: Arbeitspaket Partizipationsarbeit
Schaufenster: C/sells
Region: Bayern, Baden-Württemberg, Hessen
Macher: Smart Grids-Plattform Baden-Württemberg e.V.
Ziel: Heute die Energiewelt von morgen erklären – und zum Mitmachen anregen

Diese „Energie von morgen“ – was ist das eigentlich? Welche Innovationen warten auf uns? Warum können wir Strom künftig nicht nur selbst erzeugen, sondern sogar untereinander teilen? Und wie profitieren wir davon, dass Energie künftig über spezielle Online-Markplätze gehandelt wird? Viele Fragen, auf die wohl die wenigsten von uns alle Antworten kennen. Genau deshalb gibt es im Schaufenster C/sells das Arbeitspaket „Partizipationsarbeit“.

Das Team der Smart Grids-Plattform Baden-Württemberg will die Menschen nicht nur über Vorzeigeprojekte informieren, sondern vor allem auch zeigen, wie sie sich beteiligen können. Dafür sind die „Überzeugungstäter“ in Baden-Württemberg, Bayern und Hessen insbesondere in neun Modellkommunen unterwegs – darunter Mannheim, München und Kassel: Sie organisieren Expertenworkshops, um Energieakteure vor Ort zu vernetzen. Sie mieten eine Trambahn und fahren einen ganzen Tag durch die Stadt, um die Fahrgäste mit Kurzvorträgen zu unterhalten und mit ihnen ins Gespräch zu kommen. Oder sie schippern mit einem Solarboot über den Bodensee, um bei Kaffee und Kuchen die Energiezukunft zu diskutieren.

Unter www.ich-bin-zukunft.de sammelt das Team Wissenswertes, gibt Denkanstöße und bietet die Möglichkeit, eigene Projekte in die Öffentlichkeit zu tragen. Das große Ziel von alldem? Melanie Peschel, die das Arbeitspaket leitet, formuliert es so: „Wir wollen Zukunftsideen in die Gegenwart tragen und so viele Mitstreiter wie möglich gewinnen. Allzu oft denkt man sich doch: ‚Was kann ich denn schon bewirken?‘ Unsere Botschaft ist: jede Menge.“
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Projekt: Akzeptanzförderung und -forschung
Schaufenster: NEW 4.0 – Norddeutsche EnergieWende
Region: Schleswig-Holstein und Hamburg
Macher: Competence Center für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (CC4E) an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW Hamburg)
Ziel: Erfahren, wie der Norden die Energiewende sieht – und eine Denkwende anstoßen

Sand, Strand – Windräder:
Wer heute durch Deutschlands Norden reist, kommt an schier unzähligen Windenergieanlagen vorbei. Doch was halten eigentlich die Menschen davon, die hier leben? „Für rund 60 Prozent der Schleswig-Holsteiner und Hamburger gehören Windräder heute zum Landschaftsbild wie Wald, Wasser und Tiere“ sagt Isabel Guzić. Sie verantwortet im Schaufenster NEW 4.0 den Bereich der Akzeptanzforschung. Die Macher von NEW 4.0 wollen beweisen, dass sich Schleswig-Holstein und Hamburg bis 2035 zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energien versorgen kann.

Dazu wollen die Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik technologische Innovationen schaffen und regulatorische Herausforderungen bewältigen. Aber auch: eine Denkwende einläuten. Hier kommt die NEW-4.0-Akzeptanzförderung ins Spiel. Während die Akzeptanzforschung mehr über die Einstellung der Bevölkerung zur Energiewende erfahren will, nutzt die Akzeptanzförderung die Befragungsergebnisse, um die Menschen in der Region zu erreichen. „Wir wollen informieren, Interesse wecken und involvieren“, sagt Dr. Sandra Meyer vom Team Akzeptanzförderung.

Die bisherigen Ergebnisse mehrerer repräsentativer Befragungen machen Mut: „Umwelt-, Klimaschutz- und Energiefragen haben für die Menschen im Norden den höchsten Stellenwert für die Entwicklung Deutschlands; 2017 lagen sie noch auf Platz 5“, so Isabel Guzić. Um die Energiewende und auch NEW 4.0 noch weiter in den Köpfen zu verankern, setzt das Schaufenster auf klassische Pressearbeit – aber vor allem auch darauf, in den direkten Dialog zu treten. Herzstück der Akzeptanzförderung ist eine mehrjährige Roadshow mit einem imposanten Modell der Schaufensterregion, das Besucherinnen und Besucher über Augmented-Reality-Bildschirme spielerisch erkunden können. Sandra Meyer: „2020 wollen wir in die Öffentlichkeit tragen, was NEW 4.0 bisher erreicht hat. Und so auch kommunikativ etwas schaffen, das bleibt.“

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Projekt: Energie und Kunst
Schaufenster: WindNODE
Region: Mecklenburg-Vorpommern, Brandenburg, Sachsen-Anhalt, Sachsen, Thüringen, Berlin
Macher: WindNODE
Ziel: mit den Mitteln der Kunst positive Visionen für die Energiewende entwickeln

Drei blaue Pferde, vor einen Streitwagen gespannt, galoppieren durch die Nacht. Ihre Körper sind vollständig mit digitalen Zahlen, Solarzellen und Windrädern bedeckt. Mit aller Kraft bringen sie nachhaltige Technologien in Richtung Zukunft. Mit seiner Vision „Energiewende made in Germany: intelligent – sauber – sicher – bezahlbar“ war Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier Pate für das Gemälde. Entstanden ist es im Rahmen des Projekts „Energie und Kunst“. Die Idee dahinter: Dem Thema Energiewende kann man sich auf verschiedene Art und Weise nähern – auch künstlerisch.

„Wenn ein großer Paradigmenwechsel wie die Energiewende erfolgreich stattfinden soll, dann muss man die Menschen dafür begeistern und mitnehmen. Sie sollten mit Verstand und Herz dabei sein“, sagt Maria Reinisch, Leiterin des Projekts. Hier kommt die Malerei ins Spiel: Der kreative Prozess eröffnet einen sinnlichen und emotionalen Zugang zu dem komplexen Thema.

Insgesamt sind 51 Werke während Veranstaltungen von WindNODE entstanden. Dabei haben im Anschluss an Diskussionsrunden oder Vorträge Gruppen von vier bis fünf Personen gemeinsam Ideen entwickelt und eine Vision für eine wünschenswerte nachhaltige Energieversorgung formuliert. Unter den Teilnehmenden waren Akteure aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik sowie Schüler und Studierende. Sie haben gemeinsam einen Künstler gebrieft, der ihre Visionen in einem Bild umgesetzt hat. Pro Event sind so ein oder mehrere Arbeiten entstanden.
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Projekt: enera App
Schaufenster: enera
Region: Ostfriesische Halbinsel
Macher: enera, EWE Aktiengesellschaft
Ziel: Stromfresser im Haushalt identifizieren

Wissen Sie, wieviel Strom Ihre Waschmaschine verbraucht? Oder der Fernseher? Dank einer App erfahren es die Teilnehmenden des Forschungs- und Demonstrationsvorhabens enera auf einen Blick. Das Tool zeigt in Echtzeit sekundengenau den Stromverbrauch des gesamten Haushalts an. Das bedeutet: Wird die Spielkonsole vom Nachwuchs eingeschaltet, verändert sich prompt der angezeigte Wert auf dem Display.

Die Nutzer können somit individuell ihren Stromverbrauch kontrollieren. Die weiteren Vorteile: „Man kann Rückschlüsse ziehen, wie hoch der Stromverbrauch ist, wenn man zu Hause ist und wenn nicht. Und kann zukünftig unnötige Geräte vor dem Hausverlassen ausschalten. Weiterhin lässt sich der Verbrauch von verschiedenen Geräten vergleichen, auch von unterwegs“, sagt Frank Glanert, Abteilung Business Innovation beim enera-Konsortialführer und Energieversorger EWE.

Technisch möglich macht das ein ausgeklügeltes Zusammenspiel von App und Stromzähler am Zählerkasten. Die enera App funktioniert mit modernen elektrischen Zählern. Frank Glanert: „Diese digitalen Geräte besitzen eine optische Schnittstelle, die ständig Informationen per Lichtsignal an die Umgebung sendet. Für diese Schnittstelle haben wir eine spezielle Hardware eingesetzt, die an der Schnittstelle angebracht wird und dann per WLAN die Informationen an den Haushaltseigentümer und die App weitergibt.“ Und darin liegt auch der Gewinn für die Energiewirtschaft: Mittels verschiedener Anzeigen lassen sich der Verbrauch und die Kosten auch tage- oder monatsweise ermitteln. Stromfressern kommt man leichter auf die Spur und kann sein Verbrauchsverhalten entsprechend anpassen. Das Projekt zur enera App ist ein kleiner Baustein auf dem Weg zu einer nachhaltigen modernen Energieversorgung der Zukunft. Die Digitalisierung macht es künftig möglich, Informationen zu verfügbarem grünem Strom abzurufen. Folglich könnten an Tagen, an denen viel Strom erzeugt wird, die Nutzer auf das regionale zurückgreifen.
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