Das zellulare Energiesystem

Das Energiesystem der Schweiz befindet sich im Umbruch. Die Energie wird zunehmend aus dezentralen, zum Teil unregelmässig produzierenden Anlagen erzeugt. Endaprime by BKW hat das zellulare Energiesystem entwickelt, welches auch in Zukunft eine qualitativ hochstehende Versorgungsqualität garantiert.

Spezialisten der BKW Endaprime haben das zellulare Energiesystem entwickelt, welches einen einfachen Ausgleich zwischen Energieangebot und -nachfrage bereits auf regionaler oder lokaler Ebene (wie Gebäude, Quartier, Dorf oder Gemeinden) ermöglicht. Den Kern des zellularen Energiesystems formt die Energiezelle. Diese besteht aus einer Infrastruktur von verschiedenen Energiequellen – in der Energiewende mehrheitlich aus erneuerbaren Energiequellen –, in der durch ein automatisiertes, dezentrales Energiezellenmanagement (Algorithmen) der Energieausgleich mit den Verbrauchern in der Zelle und mit den Nachbarzellen organisiert wird.

Ein Praktikeransatz führt zum Erfolg

Im Praktikeransatz heisst das, dass eine Energiezelle aus beliebigen Verbrauchern eines Quartieres, Dorfes oder Region oder Ähnlichem besteht, welche auf der Energiegewinnungsseite zum Beispiel mit Photovoltaik, Wasserkraft, Windanlagen oder Biomasse fahrplanmässig eine grösstmögliche Energie-Autarkie anstreben. Die Endaprime HIVE Algorithmen regeln Verbrauch und Erzeugung. Erzeugungsengpässe in der Energiezelle gleicht im aktuellen Ansatz die Stromversorgung (zusätzliche Wasserkraft, Nachbarzelle oder weitere, herkömmliche Energiequellen) über das Verteilnetz aus. Speicherlösungen zum Überbrücken der Engpässe werden aktuell erforscht und befinden sich in Versuchsphasen.

Modellierung von Szenarien möglich

Anwenderinnen und Anwendern steht eine HIVE-Variante zur Verfügung, die zum Beispiel, ausgehend von den aktuellen Daten einer Gemeinde, die aktuelle Energiesituation analysiert und die realistische zukünftige Energiesituation simulieren kann. Eingabeparameter für sämtliche lokalen erneuerbaren Energien stehen zur Verfügung. Auch die Erhöhung des lokalen Leistungs- und Energiebedarfs durch die Entwicklung der Elektromobilität kann simuliert werden. HIVE berechnet für das definierte Szenario die Energie-Autarkie, die notwendige Netzkapazität sowie die Veränderung der Umweltbelastung. Weitere detaillierte Analysen zur Optimierung des Szenarios können in Zusammenarbeit mit den Spezialisten von BKW Endaprime erstellt werden.

Der Swiss Energypark als Vorreiter der Energiewende

Die Datenwissenschaftler und Mathematiker der BKW Endaprime haben kaskadierte, skalierbare Algorithmen entwickelt, welche, ausgehend von den einzelnen Energieinfrastrukturen, in einer ersten Phase die Simulation gestalten. In einer zweiten Phase erlauben sie die Regelung eines Quartiers oder eines Verteilnetzgebiets. Die Regelkreise wurden im einzigartigen Swiss Energypark auf dem Mont Soleil mit Photovoltaikanlagen der Société des Forces Electriques de La Goule mit Echtzeitsteuerungen über das Internet getestet. Die dortige Region hat die Besonderheit, dass sie praktisch ihren gesamten Strombedarf aus lokaler erneuerbarer Energie deckt und somit der Vorreiter für die Energiewende ist. Die BKW Gruppe widmet sich seit Jahren den erneuerbaren Energiequellen und verfügt über sämtliche Fähigkeiten, um Infrastrukturen und Energiezellen umfassend zu gestalten.

«Wir haben im August 2020 im Swiss Energy Park unsere Algorithmen getestet – eine beeindruckende Erfahrung in Echtzeit erneuerbare Energiequellen zu regeln!»
Dr. Roland Küpfer, Mitglied der Konzernleitung von BKW

Der Wandel des Energiesystems erfordert einen gesellschaftlichen Wandel

Die volkswirtschaftliche Bedeutung des zellularen Energiesystems ist enorm. Denn mit Energiezellen und dem Einsatz der BKW HIVE Algorithmen können bereits auf Niederspannungsebene flexible Lasten mit den dezentralen erneuerbaren Energien koordiniert und der Bedarf an teuren zentralen Regelkraftwerken minimiert werden. Der Wandel des Energiesystems – weg von einer zentralen, oligopolen Landschaft hin zu einer dezentralen, zum Teil unregelmässigen und CO2-armen Energieerzeugung – macht die Gestaltung und Regelung des Energiesystems bereits bei kleinen Anlagen notwendig, um auch in Zukunft eine qualitativ hochstehende Versorgungsqualität, sprich Spannungs- und Frequenzhaltung, zu garantieren. BKW Endaprime weist auf die gesellschaftliche Veränderung hin, dass neu viele private Akteurinnen und Akteure mit ihren Energieerzeugungsanlagen und ihrem Verbrauch am Energiesystem teilnehmen. Diese sollen in die Entscheidungsprozesse integriert werden, um so die besten Erkenntnisse für die Gestaltung des Energiesystems zu gewinnen.

Investitionen minimieren

Es geht nicht nur um die Versorgungsqualität, sondern auch darum, dem Investitionsdruck in die Verteilnetze entgegenzuwirken. Der Ausbau der Energieinfrastruktur mit Photovoltaikanlagen und Wärmepumpen sowie die zunehmende Elektromobilität benötigen gemäss der jüngsten Energiestudie der Universität Genf einen Investitionsbedarf von 11 Milliarden Schweizer Franken zur Verstärkung und Erneuerung der Niederspannungsnetze in der Schweiz bis in das Jahr 2050. Das zellulare Energiesystem bietet hier Lösungen, um bereits erste Optimierungen der Energiehaushalte in und unter den Zellen zu erreichen.

Die aktuelle politische Situation mit dem fehlenden Stromabkommen mit der Europäischen Union verschärft den Zugriff und die Verfügbarkeit für den Ausgleich der gesamten Energiebilanz. Umso wichtiger ist ein integriertes und automatisiertes zellulares Energiesystem (HIVE™), welches Energieangebot und -nachfrage regelt.»

Dr. Roland Küpfer, warum muss das Energiesystem der Schweiz neu gedacht werden?

Nehmen wir das Beispiel BKW: Im Versorgungsgebiet der BKW wurden in den letzten Jahren 13’000 Photovoltaikanlagen gebaut. Wir erwarten in den nächsten Jahren ein exponentielles Wachstum – bereits bis 2030 einen Zubau von 250 Prozent. Diese Tatsache allein zwingt zum Umdenken. Denn alle diese Besitzerinnen und Besitzer von PV-Anlagen sind Stromproduzentinnen oder -produzenten, welche am Energiesystem aktiv teilnehmen. Besitzerinnen und Besitzer von PV-Anlagen nehmen somit eine doppelte Rolle ein: Einerseits speisen sie Strom ins Netz ein, andererseits beziehen sie auch Strom aus dem Netz. Sie sind Produzenten und Konsumenten zugleich. Solche Akteure nennt man auch Prosumer.

Was heisst das genau bzw. wo liegt der Unterschied zu heute?

Der Unterschied liegt in der Menge. Das Energiesystem mit den Erneuerbaren entwickelt eine Struktur, bei der die Summe der kleinen, dezentralen privaten Akteurinnen und Akteure die bisherigen Teilnehmenden dominiert. Diese müssen gezielt und effektiv in das Gesamtsystem eingebunden und koordiniert werden.

Und das zellulare Energiesystem ist eine Antwort darauf?

Ja. Mit der Energiezelle und deren Algorithmen ermöglichen wir das integrierte und automatisierte Energiesystem bereits auf lokaler Ebene; zudem wirken wir dem Kostendruck im wachsenden Ausbau der Verteilnetze entgegen.

Wie lange wird es dauern, bis sich die Schweiz als ein Netzwerk von interagierenden Energiezellen denkt?

Technisch sind wir bereit. Aus Sicht Endaprime by BKW sofort.

Dr. Roland Küpfer
Dr. Roland Küpfer ist seit 2017 Mitglied der Konzernleitung der BKW.