Hintergrund und Motivation
Die Transformation von Energiesystemen hin zur Klimaneutralität erfordert nicht nur einen massiven Ausbau erneuerbarer Energien, sondern vor allem ein neues Verständnis für die Interaktion zwischen fluktuierender Erzeugung und lokalem Verbrauch. Insbesondere der rasche Zubau von PV und Windkraft verändert die Charakteristik der Netzbelastung fundamental: diese folgt zunehmend der (volatilen) Erzeugung anstatt dem Bedarf.
Neben der Herausforderung der Übertragung über große Distanzen auf den höheren Netzebenen stellen vor allem auch urbane dicht besiedelte Strukturen mit hoher Anschlussdichte und begrenzter Infrastrukturkapazität die städtischen Stromnetze vor Herausforderungen. Es kann zu lokalen Engpässen, Gleichzeitigkeitseffekten und einer signifikanten Erhöhung der Netzvolatilität führen. Auch gleichgerichtete Verbrauchsreaktionen auf dynamische Marktanreize oder Preisniveaus lassen erhebliche Netzbelastungsspitzen entstehen.
Städtischen Gebäuden und Quartieren kann dabei eine zunehmend wichtigere und aktive Rolle zukommen, um nicht nur lokale und regionale erneuerbare Energieproduktion durch Flexibilitäten bestmöglich abzufangen, sondern auch gleichzeitig unter Berücksichtigung der lokalen Netzbelastung zu reagieren.
Zielsetzung
Das Projekt Building4GridRes entwickelt ein ganzheitliches, multiskala-fähiges Bewertungs- und Steuerungskonzept für urbane Energiesysteme unter besonderer Berücksichtigung technischer, systemischer und sozial-ökologischer Netzdienlichkeit sowie der modellgestützten Optimierung von Flexibilitätsstrategien mittels datenbasierter Methoden. Dabei werden sowohl technische (z. B. Netzlastprofile), systemische (z. B. Freigabesignal), als auch sozio-ökologische und ökonomische Kriterien in die Bewertung integriert und Verbrauchs- und Speicherstrategien auf Gebäude- und Quartiersebene analysiert, netzseitig modelliert und im Kontext urbaner Strukturen bewertet. Im Zentrum stehen die Entwicklung eines Netzdienlichkeitsbewertungssystems, die Modellierung und Simulation städtischer Verteilnetzstrukturen unter realitätsnahen Szenarien, Test unterschiedlicher Szenarien in einer Laborumgebung sowie die Bewertung ökologischer und sozialer Auswirkungen unterschiedlicher Flexibilitätsmaßnahmen.
Innovationsgehalt und Mehrwert
- Entwicklung eines multiskaligen Bewertungsmodells der Netzdienlichkeit urbaner Energiesysteme
- Integration sozial-ökologischer Parameter in technische Flexibilitätsbewertungen
- Fusion von systemischen und technischen (netzspezifischen) Betrachtungsebenen
- Kombination von datengetriebenem Steuerungsdesign mit physikalisch-technischen Netzmodellen
- Einsatz von Reinforcement Learning zur Optimierung von Flexibilitätsentscheidungen unter Netzrestriktionen
- Entwicklung neuer Indikatoren für resiliente urbane Netzinfrastrukturen
- Wissensgenerierung für regulatorische und planerische Leitlinien im urbanen Kontext
Übertragbarkeit und Skalierung
Die entwickelten Modelle und Bewertungskriterien werden modular aufgebaut, anpassbar auf verschiedene urbane Dichten, Gebäude-/Quartierstypen und Netzebenen (NE4–NE7) und ermöglichen damit eine Anwendung sowohl in Großstädten als auch in mittelgroßen Quartieren. Die sozialwissenschaftliche Begleitung stellt die Akzeptanz und Skalierbarkeit entwickelter Maßnahmen sicher. Die Einbindung von Reinforcement-Learning-Komponenten ermöglicht eine kontinuierliche Lernfähigkeit und Anpassung an reale Betriebsbedingungen.
