ETG Task Forces

Hierzu werden die Herausforderungen und Möglichkeiten eines durchgängigen Digitalen Zwillings für elektrische Energiesysteme, deren Netzführung, Planung und die marktwirtschaftlichen Prozesse herausgearbeitet.

Aufgabenschwerpunkte bilden

• die Definition des Digitalen Zwillings in der Elektrizitäts- und Netzwirtschaft,
• eine Übersicht der energie- und netzwirtschaftlichen Prozesse und Abbildung auf Hauptkomponenten und Datenmodelle für die Digitalisierung,
• die Identifikation der Herausforderungen bei der Umsetzung des Digitalen Zwillings,
• die Zusammenstellung von Trends und neuen Technologien für Digitale Zwillinge sowie
• die Erstellung von Handlungsempfehlungen zur nutzbringenden Umsetzung eines Digitalen Zwillings in der Energie- und Netzwirtschaft.

Es werden Anforderungen und Ansätze für zukünftige Lösungen erarbeitet, weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf aufgezeigt sowie Handlungsbedarfe für Netzbetreiber, Energieversorger und Hersteller abgeleitet, damit die Innovationen in diesem Bereich zielführend umgesetzt werden können.

Aufgabenschwerpunkte der Task Force sind

• die Identifikation von Lastflexibilisierungsoptionen und die Entwicklung geeigneter Realisierungsanreize,
• der Vergleich von räumlicher und zeitlicher Flexibilisierung,
• die Abschätzung des tatsächlich verfügbaren Lastverschiebepotentials und die Entwicklung von Konzepten zur Integration in bestehende Netz- und Systemführungskonzepte,
• die Analyse des Zusammenwirkens von Erzeugungs- und Lastflexibilisierung unter Nutzung von Speichern,
• die Abschätzung der Auswirkungen einer Lastflexibilisierung auf die Effizienz des Energiesystems und die Klimaziele der Bundesregierung sowie
• die Ableitung von Handlungsempfehlungen zur Anpassung des regulatorischen Rahmens.

Es werden umsetzbare Lösungen aufgezeigt, Handlungsempfehlungen gegeben und weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf identifiziert, zur einer technisch-wirtschaftlichen und dateneffizienten Nutzbarmachung von Flexibilisierungsoptionen.

Aufgabenschwerpunkte der Task Force sind die

• Definition des Nutzens von Hochautomatisierung in Nieder- und Mittelspannungsnetzen,
• Identifikation von konkreten Anwendungsfällen,
• Erstellung einer Automatisierungs-Roadmap,
• Zusammenstellung von Anforderungen und Trends an/bei Leittechnikarchitekturen sowie
• Erstellung von Handlungsempfehlungen zur nutzbringenden Umsetzung.

Es werden Anforderungen und Ansätze für zukünftige Lösungen erarbeitet und weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf aufgezeigt. Dabei werden Handlungsbedarfe für Netzbetreiber, Energieversorger und Hersteller so strukturiert, dass die Innovationen in diesem Bereich zielführend umgesetzt werden können.

Das Potential der Elektrifizierung des Mobilitätssektors bringt jedoch zwangsläufig die Herausforde­rung der Systemintegration mit sich. Zukunftsfähige Mobilitätskonzepte und die korrespondierende Ladeinfrastruktur benötigen daher innovative Lösungskon­zepte um eine sichere und effiziente Integration ins elektrische Netz zu ermöglichen.

Aktuelle Betrachtungen gehen davon aus, dass die primäre Ladung von E-Fahrzeugen an Standorten mit einer langen Standzeit (bspw. zuhause oder auf der Arbeit) stattfinden wird. Werden viele E-Autos gleichzeitig geladen, so können lokal hohe Spitzenbelastungen entstehen. In Abhängigkeit lokaler Ge­gebenheiten kann es dadurch zu Engpässen in der bestehenden Netzstruktur kommen. Zudem darf der Hochlauf von Ladeinfrastruktur und speziell ein-oder zweiphasig ladenden Fahrzeugen nicht zu Unsym­metrien im Verteilnetz führen. Das Gesamtsystem aus Netz, Ladeinfrastruktur und Fahrzeugen muss derartig gestaltet werden, dass sich ein Kosten-und Nutzenoptimum für die Mobilitätsbedarfe und letzt­endlich für die Gesellschaft ergibt.

Ziele und geplante Ergebnisse des Vorhabens

Das Studienziel ist, die Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen energie-und netzwirtschaftlich zu optimieren und Aspekte und Vorschläge für eine zukunftsfähige Gestaltung herauszuarbeiten. Vor die­sem Hintergrund muss insbesondere der individuelle Mobilitätsbedarf der Nutzerinnen und Nutzer eine zentrale Rolle spielen. Dies soll durch eine integrierte Analyse der gesamten Wertschöpfungskette im Bereich der Ladeinfrastruktur über die Fahrzeuge bis hin zum Nutzer von Elektrofahrzeugen erreicht wer­den. Die verschiedenen Akteure sollen damit in die Lage versetzt werden, eine aufeinander abgestimm­te, gesamtwirtschaftlich betrachtet, beste Lösung anzubieten. Die ganzheitliche Analyse soll dabei die verschiedenen Wechselwirkungen rund um den Ladeprozess von Elektrofahrzeugen bewerten, um entsprechende Produkt-, Planungs-, Betriebs-und Tarifverbesserungen sowie Verbesserung der tech­nischen und regulatorischen Regelwerke bei allen Akteuren zu ermöglichen. Darüber hinaus sollen die Potentiale und Möglichkeiten der zukünftig zu erwar­tenden Entwicklungen wie bspw. autonomes Fahren und deren Systemintegration untersucht werden. Im Fokus stehen hierbei AC-und DC-Ladeinfrastruktur-Technologien für das Laden an Wohnorten, bei Arbeitgebern und im öffentlichen Raum.

Das notwendige Lademanagement zur Vermeidung von Netzüberlastungen und Nutzung erneuerbarer Energien stellt hierbei eine der größten Herausfor­derungen dar. Modernste Digitalisierungslösungen müssen dieser auf einfache und zukunftsfähige Weise gerecht werden. Fragestellungen rund um Kommunikationsschnittstellen und Datenaustausche zwischen Fahrzeug, Ladeinfrastruktur, Netzbetrieb und Versorger sind zu analysieren.

Die Schwerpunktthemen im Überblick:

• Definition der Anforderungen an Wallboxen aus Sicht von Kunden, Netzbetreibern, Fahrzeugherstellern und Energiemanagementsystemen.
• Analyse und Beschreibung unterschiedlicher Zukunftsszenarien von Mobilität (bspw. autonomes Fahren) und deren Potentiale zur Systemintegration
• Untersuchung der Vorteile von AC/ und DC Wall­box über die gesamte Wertschöpfungskette.
• Untersuchung des benötigten Informations-und Datenaustausches zwischen Fahrzeug, Ladeinfra­struktur und Netz
• Ausgestaltung Nutzerschnittstelle, Berücksichti­gung Randbedingungen der Fahrzeuge
• Ausgestaltung Lademanagement und Schnittstelle zum VNB, Berücksichtigung kritischer Netzzustände

Die Studie erarbeitet Anforderungen und Ansätze für zukünftige Lösungen in den genannten Bereichen und zeigt weiteren Forschungs-und Entwicklungs­bedarf auf. Durch die Beteiligung von Experten aller betroffenen Industriebereiche an der Arbeitsgruppe ist gewährleistet, dass wissenschaftlich fundierte und technisch neutrale und unabhängige Lösungsempfehlungen erzielt und abgewogen werden.

Der heutige Stromsektor kann nur gemeinsam mit dem Wärme- und Mobilitätssektor dieses Ziel erreichen. Diese sogenannte Sektorenkopplung, die eine optimierte Nutzung eines CO2-reduzierten und weitestgehend erneuerbaren Energiegewinnungsportfolios verspricht, wird seit Längerem intensiv diskutiert. Technologien wie Power-to-X bzw. im einzelnen Power-to-Gas, Power-to-Heat, Power-to-Chemicals werden hierbei eine zentrale Rolle spielen.

Aufgrund der Gewinnung nutzbarer Energie durch erneuerbare Quellen wie Wind, Sonne oder Wasser, steht zunächst die Energie in Form von elektrischer Energie bereit. Somit ist anzunehmen, dass die Energienutzung ebenfalls überwiegend elektrisch sein wird. Die mit den erneuerbaren Quellen einhergehende Volatilität bedarf einer größeren Flexibilität, z.B. durch Lastmanagement, der Nutzer der elektrischen Energie. Diese kann durch eine intelligent umgesetzte Sektorenkopplung erfolgen.

Neben den Erzeugern, Lasten und Umwandlungstechnologien spielen Infrastruktur und Netze insbesondere für Strom, aber auch für Wärme und Gas einschließlich Wasserstoff eine entscheidende Rolle. Der Betrachtungsrahmen darf hierbei nicht nur Deutschland umfassen, sondern muss auch die Nachbarländer bzw. Europa gesamthaft berücksichtigen. Wie zentral, wie dezentral oder wie das Zusammenspiel von zentralen und dezentralen zukünftigen Strukturen des Energiesystems stattfinden kann, ist ebenfalls ein zu diskutierender Parameter.

In diesem hoch komplexen und interessanten Umfeld besteht der Bedarf nach einem belastbaren Zukunftsbild für das energetische Gesamtsystem, aus dem Handlungen, Entwicklungsbedarfe und Kipp- oder Wendepunkte entlang der Zeitachse für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft abgeleitet werden können.

Ziele und geplante Ergebnisse

In dem beschriebenen Umfeld der zu transformierenden Energiesysteme wurden bereits viele Studien erstellt und vorgestellt. Unterschiedliche Zielsetzungen, Zeithorizonte, technische und wirtschaftliche Annahmen und Randbedingungen führen jedoch zu vielfältigen, teils divergierenden Ergebnissen. Einige Studien begünstigen bestimmte Technologien, andere basieren auf Zukunftsprognosen und wieder andere betrachten Zielszenarien.

Ziel der Task Force ist die Erarbeitung eines gemeinsamen Bildes für das Energiesystem der Zukunft.

Hierzu sollen zunächst vorhandene Studien gesichtet und kategorisiert werden. Hieraus soll die Erkenntnis gewonnen werden, welche gemeinsamen Entwicklungen als höchst wahrscheinlich angesehen, welche Technologien sich durchsetzen und welche nur temporäre Lösungen sein werden und unter welchen Maßgaben ein möglichst wirtschaftliches zukünftiges Energiesystem geschaffen werden kann. Weiter soll identifiziert werden, wann spätestens Technologien bereitstehen müssten, um bestimmte Szenarien zu erreichen. Empfehlungen für technologische und regulatorische Entwicklungen sollen anhand von Handlungsalternativen dargestellt werden.

Die Ergebnisse sollen Experten, Gesellschaft und Politik als Orientierung dienen, für Entscheidungen bezüglich der Weiterentwicklung eines klimaverträglichen, sektorengekoppelten Energiesystems.

Die Form der Darstellung der Ergebnisse ist zunächst offen und soll im Rahmen der Task Force diskutiert und festgelegt werden.