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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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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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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. Drei 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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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. Und das wäre nicht einmal die größtmögliche Katastrophe.

„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“ könnten der Schlüssel zum Erfolg sein. Wird der Ofen mit viel Energie betrieben, entsteht innen mehr Wärme, die durch die Wärmetauscher schnell abgegeben wird. Steht weniger Energie zur Verfügung, wirken die Wärmetauscher wie Isolatoren. Was einfach klingt, ist eine große technische Herausforderung. 270 solcher einzelnen Zellen gibt es, ein erster Praxistest mit zehn von ihnen ist bisher sehr erfolgreich. „Gelingt uns das im großen Stil, leisten wir damit einen großen Beitrag zur Netzstabilität und stärken den Produktionsstandort Deutschland“, ist Klaus Schweininger sicher. Das Unternehmen produziert in Hamburg jährlich 135.00 Tonnen Aluminium, sodass etwa 20 Prozent des Hamburger Stromverbrauchs auf Trimet entfallen.


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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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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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