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Vernetzt, digital und steuerbar – die Energiezukunft

Als große Herausforderung der Energiewende gilt die schwankende Erzeugung erneuerbarer Energien. Die EnBW nutzt die Möglichkeiten der Digitalisierung für eine zukunftsorientierte Lösung: Ein Virtuelles Kraftwerk vernetzt viele kleine Erzeugungsanlagen miteinander – und ermöglicht mit künstlicher Intelligenz (KI) eine neue Phase der Energiewende.

Rund 900 Kraftwerke und vier Transportnetzbetreiber, die den erzeugten Strom in ganz Deutschland verteilten – so sah der Energiesektor vor der Energiewende in Deutschland aus. Die vier Netzbetreiber gibt es weiterhin, viele der konventionellen Kraftwerke auch. Aber neu hinzugekommen sind hierzulande etwa zwei Millionen Anlagen vieler unterschiedlicher Eigentümer, die regenerative Energie erzeugen. Unterm Strich hat die Energiewende zu einer immer kleinteiligeren dezentralen Erzeugerlandschaft geführt. Größer wird mit jeder weiteren Anlage gleichzeitig die Aufgabe, Schwankungen zwischen Erzeugung und Verbrauch von Strom aus erneuerbaren Energien auszugleichen.

Mit ihrem Virtuellen Kraftwerk hat die EnBW einen wichtigen Baustein für die Lösung dieses Problems entwickelt. Das Virtuelle Kraftwerk schließt viele verschiedene Stromproduzenten wie etwa Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, KWK-Anlagen oder Wasserkraftanlagen zu einem Verbund zusammen. „Ziel ist es, den erzeugten Strom aus dezentralen Anlagen zu aggregieren, diesen teilweise an angeschlossene Verbraucher zu liefern und den Rest mit einer möglichst genauen Prognose der eingespeisten Menge in den Stromhandel zu geben”, erklärt Marc Schütt, Leiter des Virtuellen Kraftwerks.

So funktioniert unser Virtuelles Kraftwerk

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Virtuelle Kraftwerke dürften in Zukunft unsere Energieversorgung sichern. Sie können die Leistung mehrerer konventioneller Kraftwerke erreichen.

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Der Gesetzgeber schreibt grundsätzlich die bevorrechtigte Einspeisung erneuerbarer Energien vor. Über das Virtuelle Kraftwerk kann die EnBW die gebündelten Strommengen daher effizient vermarkten. Langfristig, wenn der Anteil von erneuerbaren Energien im Netz weiter steigt, ist mit dem Virtuellen Kraftwerk aber auch eine Reaktion auf unterschiedliche Nachfragesituationen am Strommarkt, wechselnde Netzzustände oder Regelenergieabrufbefehle der Übertragungsnetzbetreiber möglich. So kann das Virtuelle Kraftwerk dann dazu beitragen, eine stabile Stromversorgung sicherzustellen, negative Preise an der Strombörse bei einem Überangebot zu vermeiden und das öffentliche Stromnetz nicht mit Angebotsspitzen zu belasten. „Die Lösung dieser Probleme wird für den Erfolg der Energiewende maßgeblich sein”, so Schütt. „Wir sprechen dann sozusagen von der Energiewende 2.0, der nächsten Phase.”

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Prognosen mit Hightech-KI

Möglich wird die Reaktion auf eine jeweilige Nachfrage beim Virtuellen Kraftwerk über die bei einem Teil der angeschlossenen Anlagen gesetzlich vorgesehene Fernsteuerbarkeit. Ob die Einspeisemenge zu erhöhen oder zu senken ist, kann beim Virtuellen Kraftwerk ein Prognoseservice berechnen, der die zu erwartenden Energiemengen aus den angeschlossenen Anlagen vorhersagt und mit dem wahrscheinlichen Bedarf sowie Preisen an der Strombörse abgleicht. Auf Schwankungen am Strommarkt oder im Stromnetz kann das Virtuelle Kraftwerk sich im Bedarfsfall dann über ein digitalisiertes Leitsystem einstellen: Bei einer plötzlichen Wetteränderung – etwa bei böigem Wind und demnach schwankender Winderzeugung oder wechselhafter Bewölkung mit sich schnell verändernder Sonneneinstrahlung – ist es möglich, dass der gesamte Pool an Erzeugungsanlagen einschließlich der angeschlossenen Wasserkraft- und Blockheizkraftwerke anlagenscharf reagiert.

Bereits heute liefert der Prognoseservice mehrmals täglich möglichst präzise Aussagen über die erwartete Strommenge, um Kosten für zugekaufte Ausgleichsenergie zu vermeiden. „Ausgleichsenergie ist immer notwendig, wenn wir die angekündigte Einspeisung nicht erreichen. Sie wird von den Netzbetreibern bereitgestellt und hilft, die Stromnetze stabil zu halten”, erklärt Schütt. „Allerdings kann diese sehr teuer sein. Je genauer die Prognose der möglichen Stromerzeugung in unserem Virtuellen Kraftwerk ist, desto weniger Ausgleichsenergie ist erforderlich. Deshalb haben unsere Experten ein ausgefeiltes Prognosemodell entwickelt. Das trägt maßgeblich zur Netzstabilität bei und vermeidet zusätzliche Kosten.”

Je genauer die Prognose der möglichen Stromerzeugung in unserem Virtuellen Kraftwerk ist, desto weniger teure Ausgleichsenergie ist erforderlich.

Marc Schütt, Leiter des Virtuellen Kraftwerks der EnBW

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Das Prognosemodell basiert auf lernenden Algorithmen, die beispielsweise Wettervorhersagen sowie historische Daten der angeschlossenen Anlagen nutzen. Bei neu verbundenen Anlagen fließen Vergleichsdaten ähnlicher Stromerzeuger in die Berechnung ein. Dank der Auswertungen per künstlicher Intelligenz (KI) greift das Virtuelle Kraftwerk so stetig auf möglichst präzise Voraussagen zurück – in Spitzenzeiten können das aktuell bis zu 16.000 Prognosen pro Stunde sein. „Unser System ist skalierungsfähig ausgelegt, sodass wir bei einer steigenden Anzahl von Erzeugungsanlagen zukünftig mindestens die gleiche oder noch bessere Prognosequalitäten bei gleichbleibend hoher Systemperformance erreichen”, so Schütt.

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Immerhin 770 Megawatt Leistung vereint das Virtuelle Kraftwerk Stand Oktober 2020 aus rund 1.700 Anlagen, die erneuerbare Energien erzeugen.

Virtuelles Kraftwerk - Systemkritische Größe erreicht

Mehr als 1.700 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 770 Megawatt (MW) zählen bislang zum Direktvermarktungs-Portfolio des Virtuellen Kraftwerks – eine Größe, mit der das Virtuelle Kraftwerk als „systemkritisch“ gilt. Unter diesem Begriff fasst das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, Unternehmen und Einrichtungen zusammen, die eine essenzielle Bedeutung für die Gesellschaft haben und deren Ausfall zu erheblichen Beeinträchtigungen führen könnte – beispielsweise eben Kraftwerke, Krankenhäuser oder Wasserversorger.

Zum Vergleich: Das Heizkraftwerk Heilbronn gehört mit einer elektrischen Leistung von 778 MW zu den großen Steinkohlekraftwerken der EnBW. Das Virtuelle Kraftwerk der EnBW ist leistungsmäßig inzwischen nahezu gleichauf – und dürfte weiter zulegen, weil sich laufend weitere Anlagenbetreiber dem Verbund anschließen. Die beiden Offshore-Windparks Hohe See und Albatros, die nicht zum Virtuellen Kraftwerk gehören, erzeugen mit immerhin 87 Windkraftanlagen eine Leistung von 609 MW.

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Das Ziel: Energiewende für alle einfacher machen

Die EnBW trägt mit dem Virtuellen Kraftwerk dazu bei, die notwendige Infrastruktur für den weiteren Erfolg der Energiewende zur Verfügung zu stellen. „Der erreichte Fortschritt besteht in einer Vereinfachung und Weiterentwicklung der effizienten Vermarktung erneuerbarer Energien mit innovativen, digitalen Tools”, erklärt Kraftwerksbetreiber Schütt. Dank seiner Flexibilität und Gesamtleistung ersetzt das Virtuelle Kraftwerk der EnBW quasi ein herkömmliches Großkraftwerk und kann in Zukunft dabei helfen, eine stabile Stromversorgung zu sichern. „Der Ausgleich von Angebot und Nachfrage erneuerbarer Energien gilt gemeinhin als eine der größten Herausforderungen der Energiewende”, so Schütt.

Das intern selbst programmierte Prognose-Modell der EnBW ermöglicht allen Anlagenbetreibern, die an das Virtuelle Kraftwerk angeschlossen sind, von einer gemeinsamen, bedarfsgerechten Direktvermarktung ihrer erzeugten Energie zu profitieren. Am Markt kommt das gut an: „Das Virtuelle Kraftwerk überzeugt durch digitalisierte und automatisierte Lösungen, dabei ist die Einsicht in den Status des aktuellen Anbindungsprozesses stets gewährleistet”, berichtet Dr. Emanuel von Elser, geschäftsführender Gesellschafter des Photovoltaikanlagen-Servicedienstleisters SAES Sun & Energy Service GmbH. „Die Partnerschaft ermöglicht uns eine kompetente Abwicklung sowie die Erweiterung unseres Leistungsportfolios.”

Ziel von EnBW ist es, mit dem Virtuellen Kraftwerk die Beteiligung an der Energiewende mit möglichst vielen Akteuren weiter zu erhöhen. „Wir möchten die Energiewende für alle einfacher machen und neue Teilnehmer erschließen“, meint Schütt. „Langfristig demokratisieren wir so die Energiewende und vernetzen kleinteilige Erzeuger und Verbraucher erneuerbarer Energien miteinander. Das Virtuelle Kraftwerk ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu diesem Ziel.”

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