Die erfolgreiche Bewältigung der unbestreitbaren Herausforderungen, die sich aus dem Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft ergeben, ist eng mit Innovation und technologischer Entwicklung im Energiebereich verbunden. Im Prozess der Energiewende hin zu einem nachhaltigen Energiesystem werden Effizienz- und Einsparmaßnahmen durch Anstrengungen im Bereich der technologischen Innovation ergänzt, die wiederum von der Notwendigkeit geleitet werden, elektrische Energie nachhaltiger, effizienter und zu wettbewerbsfähigen Preisen zu erzeugen, die Abhängigkeit von externen Faktoren zu verringern und den Kampf gegen den Klimawandel zu ermöglichen.
Die Hauptbereiche, in denen die Forschungslinien strukturiert sind, sind im Wesentlichen die Speicherung, die Erzeugung (Entwicklung effizienterer erneuerbarer Energien) und die Entwicklung von Elektrofahrzeugen sowie die Verteilung und der Transport von Energie. Die Stromverteilung hat sich in den letzten Jahren dank der Fortschritte in diesen Bereichen stärker verändert als in den vergangenen Jahrzehnten. Verschiedene Technologien wie das Elektrofahrzeug (EV), photovoltaische Erzeugungssysteme (PV), Energiespeichersysteme (ESS) oder Wärmepumpen (HP) haben ihre Kosten exponentiell gesenkt und sind für den Endverbraucher leichter zugänglich geworden. Diese Technologien haben aus Kunden, die früher nur Strom verbrauchten, Prosumenten gemacht, also Kunden, die flexibel Strom produzieren oder verbrauchen.
Investitionen in intelligente Netze sind auch einer der wichtigsten Bereiche der Umwälzung im Elektrizitätssektor. Viele Investitionen in Innovationen in diesem Sektor stehen im Zusammenhang mit der digitalen Transformation und der Notwendigkeit, die Möglichkeiten der neuen Informations- und Kommunikationstechnologien optimal zu nutzen.
Die oben dargelegten Argumente beruhen auf einer Analyse des aktuellen Szenarios und verschiedener Regelungen auf nationaler Ebene, vor allem aber auf dem Maßnahmenpaket, das sich aus den europäischen Leitlinien des sogenannten "Pakets für saubere Energie für alle Europäer" [1] ableitet, einem Maßnahmenpaket, das in verschiedene Aktionsbereiche gegliedert ist: Energieverbrauch in Gebäuden, erneuerbare Energien, Energieeffizienz und Erneuerung des Strommarktes. Das Paket setzt eine Reihe von Leitlinien in Gang, die in mehreren europäischen Richtlinien enthalten sind, darunter die Richtlinie (EU) 2019/944 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5. Juni 2019 über gemeinsame Vorschriften für den Elektrizitätsbinnenmarkt. Diese Richtlinie regelt alle Aspekte der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Elektrizität und enthält radikale Änderungen gegenüber der vorherigen Richtlinie. Diese Änderungen beziehen sich vor allem auf die Änderung des Energiemodells, wobei ein Modell verteidigt wird, das die dezentrale Erzeugung (DG) im Gegensatz zu einem rein zentralisierten Modell fördert, aber auch darauf abzielt, die Eigenverantwortung der Verbraucher und vor allem der aktiven Verbraucher zu fördern, d. h. nicht nur derjenigen, die Strom erzeugen (Prosumenten), sondern auch derjenigen, die auf individueller oder aggregierter Basis an den Flexibilitätsmärkten teilnehmen können, indem sie an Programmen zur Reaktion auf die Nachfrage teilnehmen.
Eine weitere radikale Änderung ist die Definition der neuen Rolle der Energiegemeinschaften sowie der Schutz und die Förderung der Umsetzung dieser Art von Akteuren. Was schließlich die Verwaltung des Verteilungsnetzes betrifft, so schreibt die neue Richtlinie weiterhin ein klares Modell für die Trennung der Tätigkeiten vor. Sie fördert die Modernisierung und die Beobachtbarkeit der Netze durch die Betreiber als Hauptaktionsachse, um die Erhöhung der Marktdurchdringung von DG und erneuerbaren Energien (EE), die Einführung von EV-Ladesystemen und die Implementierung von ESS zu fördern. Die Verwirklichung dieser Ziele setzt einen radikalen Wandel voraus, in den eine Vielzahl von Technologien einbezogen wird. Ein Engpass in diesem Prozess ist zweifelsohne die ferngesteuerte und optimierte Verwaltung sowohl der Verteilernetze als auch aller daran angeschlossenen Geräte (u.a. EVs). Die Digitalisierung der Verwaltung der Stromnetze ist einer der kritischsten Prozesse, die in naher Zukunft durchgeführt werden müssen und für die die überwiegende Mehrheit der Verteilungsunternehmen derzeit nicht bereit, vorbereitet oder qualifiziert ist.
Der Wechsel von einem völlig konventionellen und vorhersehbaren dezentralen Verbrauch zu den Auswirkungen der neuen Technologien, die den Endverbrauchern die Möglichkeit geben, zu Stromerzeugern zu werden, stellt einen Paradigmenwechsel dar, der zweifellos viele Vorteile mit sich bringen wird, die mit der Steigerung der Effizienz und der Demokratisierung der Energie zu tun haben. Um diesen Wandel mit Sicherheit zu bewältigen, müssen jedoch eine Reihe von Herausforderungen gelöst werden, und zwar in Bezug auf:
- Echtzeit-Management aller neuen Ressourcen, die kurzfristig in den Verteilungsnetzen massiv vorhanden sein werden (Aufladen von EV, HP, ESS und anderen Geräten, die nach den Zählern mit IoT-basierter Steuerung platziert werden, usw.).
- Die massive und effiziente Integration von EE (PV, Mikrowind, Mikro-KWK) und anderen Arten von DG sowie von ESS in das Stromverteilungsnetz.
- Effizientes Management der Energieflüsse im Verteilungsnetz, um die notwendigen Investitionen in die Netzinfrastruktur zu begrenzen und die Nutzung der vorhandenen Ressourcen zu optimieren.
Um die oben genannten Herausforderungen zu bewältigen, ist ein radikaler Wandel in der Art und Weise, wie die Verteilersysteme verwaltet werden, unerlässlich. Es muss eine Digitalisierungsstrategie umgesetzt werden, die einen halbautomatischen oder automatischen Betrieb sowohl der Verteilersysteme selbst als auch der in sie eingebetteten Geräte ermöglicht. Dies ist der einzige Weg für eine massive und koordinierte Durchdringung der genannten Geräte in den Verteilungssystemen, wodurch die Investitionen in die Infrastruktur reduziert und die Effizienz und Nachhaltigkeit des gesamten Systems maximiert werden.
Zu diesem Zweck und in Anbetracht der Tatsache, dass dieser Wandel die Entstehung komplexer cyber-physischer Netze mit sich bringt, müssen Systeme für die Verwaltung großer Datenmengen auf der Grundlage von Big-Data-Techniken sowie Systeme für die fortschrittliche Darstellung und Überwachung elektrischer Daten eingeführt werden, die die Zugänglichkeit und Kompatibilität mit allen Arten von Geräten ermöglichen. Es ist auch wichtig, intelligente Analysesysteme für die gewonnenen Daten zu implementieren, die alle Arten von verfügbaren mathematischen Werkzeugen verwenden, von konventionellen Lastflussalgorithmen, Zustandsabschätzungen und Notfallanalysen bis hin zu fortschrittlichen Algorithmen auf der Grundlage von statistischen Methoden, maschinellem Lernen oder künstlicher Intelligenz, die es ermöglichen, ein Maximum an Wissen aus den gewonnenen Daten zu extrahieren, um die Netze und die mit ihnen verbundenen Geräte effizient und nachhaltig zu betreiben und zu planen.
[1] Rat der Europäischen Union, "Clean Energy for all Europeans Package", 2019.
[2] Rat der Europäischen Union, "Richtlinie (EU) 2019/944 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5. Juni 2019 über gemeinsame Vorschriften für den Elektrizitätsbinnenmarkt und zur Änderung der Richtlinie 2012/27/EU," 2019.
