ENSURE

Das Forschungsprojekt ENSURE – Neue EnergieNetzStruktURen für die Energiewende leistet einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der folgenden 2015 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung formulierten Ziele im Rahmen der Förderinitiative Kopernikus-Projekte für die Energiewende:

• Neue Wege in der Kooperation von Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft gehen und die Energieforschung zukünftig effizient und zielgerichtet aufzustellen
• Nachhaltige Lösungen für die Energiewende durch angemessene Reflexion der Bedürfnisse und Erwartungen der Bevölkerung und die Berücksichtigung von Umweltverträglichkeit sowie marktwirtschaftlichen Erfordernissen
• Einbindung von Informations- und Kommunikationstechnologie aufgrund des großen Potenzials, die Energiewende voranzutreiben
• Identifizierung relevanter Technologien und Entwicklung bis zur großskaligen Anwendung
• Systemischer und gesamtheitlicher Ansatz in dessen Kern die Initiierung von Innovationen für die Energiewende steht

Dabei adressiert ENSURE in der Förderphase 3 die folgenden zentralen Herausforderungen an die elektrischen Netze als das Rückgrat der Energiewende:

• Die geografischen Schwerpunkte von Erzeugung und Verbrauch verschieben sich. Das elektrische Netz muss auf größere Entfernungen und steigende Leistungen angepasst werden.
• Das elektrische Netz muss die Kopplung mit anderen Energiesektoren (Gas, Mobilität, Gebäude) unterstützen und Synergien ermöglichen („Sektorenintegration“).
• Die zeitlich schwankende Einspeiseleistung regenerativer Quellen muss ausgeglichen werden.
• Die notwendigen Systemdienstleistungen müssen auch nach dem Abbau von Großkraftwerken erbracht und koordiniert werden.

Projektlaufzeit: 01.08.2023 – 31.07.2026

Das elektrische Netz bildet das Rückgrat der Energiewende. Mit der fortschreitenden Dekarbonisierung steigt der Bedarf an elektrischer Leistung deutlich, da immer mehr Anwendungen elektrifiziert und zunehmend durch erneuerbare Energien versorgt werden. Daraus ergeben sich zentrale Herausforderungen für die Netze: Erzeugung und Verbrauch verlagern sich geografisch, was höhere Leistungen über größere Entfernungen erfordert. Gleichzeitig muss das Netz die Kopplung mit anderen Energiesektoren wie Gas, Mobilität und Gebäuden ermöglichen, zeitlich schwankende Einspeisungen ausgleichen und auch nach dem Rückbau konventioneller Großkraftwerke alle notwendigen Systemdienstleistungen sicherstellen.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind sowohl Netzausbau und -weiterentwicklung als auch flexiblere und systemdienliche Anlagen notwendig. Die Umsetzung bleibt jedoch hinter dem notwendigen Tempo zurück. Externe Faktoren wie die Corona-Pandemie, geopolitische Spannungen mit Auswirkungen auf Lieferketten, der Fachkräftemangel sowie Unsicherheiten der Energieversorgung infolge des russischen Angriffskriegs gegen die Ukraine verschärfen die Situation zusätzlich. In Verbindung mit engen regulatorischen Rahmenbedingungen führt dies dazu, dass verfügbare Ressourcen vor allem für kurzfristige Lösungen eingesetzt werden, während langfristig optimale Konzepte zu wenig erforscht werden.

Aus technischer Sicht besteht besonderer Forschungsbedarf hinsichtlich möglicher Wechselwirkungen zwischen bestehenden und neuen Technologien sowie einer systematischen Bewertung unterschiedlicher Lösungsansätze für spezifische Netzherausforderungen. Forschung, Entwicklung und realitätsnahe Tests sind daher entscheidend, um Risiken zu minimieren und den Netzausbau zu beschleunigen. Darüber hinaus erfordert die Energiewende nicht nur technische, sondern auch gesellschaftliche und regulatorische Weiterentwicklungen. Marktdesign, Regulierung, Digitalisierung und Akzeptanz müssen so gestaltet werden, dass sie den Netzausbau unterstützen. Eine ganzheitliche Betrachtung des Energiesystems und die aktive Einbindung der Gesellschaft sind dafür unverzichtbar.

Vor diesem Hintergrund verfolgt ENSURE einen systemischen, sektorenübergreifenden technologischen Ansatz zur Unterstützung der beschleunigten Energiewende. Zentrales Ziel ist es, belastbare Handlungsempfehlungen für wesentliche Akteure in Energiewirtschaft, Regulierung, Politik und Gesellschaft abzuleiten. Grundlage hierfür bilden die Ergebnisse der vorangegangenen Projektphasen, die durch weiterführende Analysen und Bewertungen ergänzt werden.

Das inter- und transdisziplinär ausgerichtete Konsortium verbindet gezielt Technologieentwicklung mit Fragen der Regulierung und des Marktdesigns. Dadurch können technologische Lösungsansätze nicht isoliert, sondern im Gesamtkontext des Energiesystems modelliert, analysiert und bewertet werden. Ergänzend wird das Zusammenspiel der entwickelten Ansätze im kontinuierlichen Dialog mit gesellschaftlichen Akteuren und weiteren Stakeholdern reflektiert und validiert.

Technologisch steht ein modularer, flexibler Lösungsbaukasten im Fokus, der dezentrale Strukturen und die Sektorenkopplung adressiert. Validierte und vergleichend bewertete Technologien bilden die Grundlage für eine zukunftsfähige Netzentwicklung und ermöglichen eine anwendungsnahe Auswahl geeigneter Maßnahmen. Auf diese Weise trägt ENSURE nicht nur zur technischen Weiterentwicklung der Energiesysteme bei, sondern unterstützt auch Akzeptanzbildung und schafft die Voraussetzungen, um auf zukünftige Herausforderungen adaptiv reagieren zu können.

PSI ANTEIL: Die PSI arbeitet zusammen mit TenneT in einem Baustein zum KI-optimierten Asset- und Instandhaltungsmanagement zur Reduzierung von Redispatchkosten zusammen. Hier wurde im engen Austausch über die letzten 3 Jahre ein Konzept sowie ein Vorgehen zur Umsetzung eines Prototyps entwickelt. Dieser plant die Instandhaltungsmaßnahmen, nicht nur unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit des Personals, sondern betrachtet auch die durch die Abschaltungen entstehenden Redispatchkosten.

Außerdem trägt die PSI mit ihrer Expertise in Leitsystemen, unter anderem auch in Zusammenarbeit mit TenneT, maßgeblich zum Gelingen der Energiewende bei. Durch zuverlässige und hochaufgelöste Erfassung von Netz- und Prozessdaten über mehrere Netzebenen hinweg werden die Voraussetzungen für eine stärkere Auslastung bestehender Netze, den Ausbau erneuerbarer Energien sowie die zukünftige Sektorenkopplung – etwa im Bereich Wasserstoff – geschaffen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem netzübergreifenden End-to-End-Datenaustausch und der direkten Kommunikation zwischen Leitsystemen, um den steigenden Anforderungen an einen datenbasierten Netzbetrieb gerecht zu werden.