Dezentral und vernetzt: Virtuelle Kraftwerke

Karlsruher Wissenschaftler präsentieren erste Ergebnisse auf der CeBIT

Die kleine Modellbaugemeinde auf sechs Quadratmetern Ausstellungsfläche hat eigentlich alles, was das Herz des Hobbytüftlers erfreut: Zwar besitzt sie keine elektrische Eisenbahn aber dafür auffallend viele miteinander vernetzte Anlagen zur Energieerzeugung. Soll so die Zukunft aussehen? „Aber sicher“, lautet die Antwort von Wissenschaftlern aus zehn Lehrstühlen der Universität Karlsruhe, die seit zwei Jahren an dem gemeinsamen Projekt „Virtuelle Kraftwerke“ im Rahmen des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „Selbstorganisation und Spontaneität in liberalisierten und harmonisierten Märkten (SESAM)“ arbeiten. Auf der CeBIT präsentieren sie ihre Forschungsergebnisse erstmals öffentlich im „future parc“.

Vor dem Hintergrund endlicher natürlicher Ressourcen ist die Gestaltung zukunftsfähiger Energiesysteme eine ganz besondere Herausforderung. Nicht zuletzt die Stromausfälle in Nordamerika und Europa im Jahr 2003 haben die Anfälligkeit stark zentralisierter Stromnetze gezeigt und die Sensibilität für das sich zuspitzende Energieproblem geschärft. „Die Idee eines Virtuellen Kraftwerks brennt Unternehmen und Wissenschaftlern schon lange unter den Nägeln“, schätzt Professorin Dr. Martina Zitterbart, Sprecherin des SESAM-Projekts und Dekanin der Karlsruher Fakultät für Informatik, die Situation in der Energiewirtschaft ein. SESAM folgt der Vision eines solchen Energiesystems, in dem neben konventionellen Großkraftwerken eine Vielzahl kleiner dezentraler Anlagen zur Stromerzeugung wie Mikro-Blockheizkraftwerke, Brennstoffzellen, Windenergie- und Photovoltaikanlagen existieren. Durch deren Vernetzung mit sich selbst organisierenden Energiemärkten entsteht ein virtuelles Kraftwerk, das nach Ansicht der Wissenschaftler eine umweltverträglichere Bereitstellung der Energie möglich macht. Der Grund: Es nutzt nicht nur Erneuerbare Energien, sondern erreicht durch die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme deutlich höhere Wirkungsgrade als die ausschließlich Strom erzeugenden konventionellen Kraftwerke.

Die technologische Basis des virtuellen Kraftwerks besteht aus einem Softwaresystem, welches das Zusammenspiel mehrerer dezentraler Energieanlagen bedarfsgerecht und kostenoptimal automatisiert. Intelligente Energiemanagementsysteme (IEMS) in Haushalten und Unternehmen steuern zum einen den Einsatz der dezentralen Energieumwandlungsanlagen und planen zum anderen in Abhängigkeit der Strompreise für den nächsten Tag, wann elektrische Verbraucher wie Kühlschränke oder Waschmaschinen eingeschaltet werden. „Die technische Herausforderung für uns besteht darin, diese Selbstorganisation auf der Basis einer verteilten Kommunikationsinfrastruktur mit ihren hohen Ansprüchen an Robustheit und Sicherheit zu ermöglichen. Das System muss bis in seine kleinsten Einheiten hinein skalierbar sein und flexibel auf Marktveränderungen reagieren, damit sich jeder Gartenbesitzer und jeder Bauer mit seiner Biogasanlage dem Strommarkt anschließen kann,“ so Zitterbart.

Parallel dazu arbeiten Wirtschaftswissenschaftler an der Automatisierung der übergeordneten Marktmechanismen, die sowohl die wirtschaftlichen als auch die rechtlichen Rahmenbedingungen bilden. „Wir setzen sozusagen die Regeln, damit alle Beteiligten des virtuellen Strommarkts davon profitieren,“ erklärt Professor Dr. Christof Weinhardt, stellvertretender Sprecher des SESAM-Projekts. „Unsere Vision eines spontanen, sich selbst organisierenden Strommarktes basiert auf der Peer-to-Peer-Technologie, auf deren Grundlage beispielsweise auch eine Musiktauschbörse funktioniert.“

Ein übergeordnetes Kontrollorgan wird es nicht geben. Damit aber bei aller Automatisierung das Vertrauen auf Anbieter- und Nachfragerseite nicht zu kurz kommt, erarbeiten Rechtswissenschaftler des Instituts für Informationsrecht (IIR) neben automatisierten Verhandlungen und Vertragsabschlüssen auch die begleitende rechtliche Bewertung sowie Funktionalitäten zur Beweissicherheit.

„Unser Virtuelles Kraftwerk zeichnet sich dadurch aus, dass Kompetenzen aus den verschiedensten Fachrichtungen gebündelt und Forschungsergebnisse zusammengeführt werden,“ erklärt Zitterbart. Ähnliche Projekte befinden sich vor allem von Seiten einzelner Energieanbieter in Deutschland im Probelauf, konzentrieren sich aber zunächst auf die Kopplung der verschiedenartigen Energieerzeugeranlagen und betrachten diese aus Sicht der Anbieter. Durch das interdisziplinäre Arbeiten sind die Karlsruher Wissenschaftler in der Lage, einen von allen Seiten geprüften Prototyp zu entwerfen. Bereits in dieser Projektphase stehen sie in engem Kontakt zu Industriepartnern wie der EnBW oder SAP. „Wir wollen zeigen,“ so Weinhardt, „dass sich ein solches Virtuelles Kraftwerk ökonomisch und ökologisch sinnvoll realisieren lässt und dass wir es bauen können.“

SESAM-Teilprojekt „Virtuelle Kraftwerke“:
CeBIT Hannover, 09. bis 15. März 2006, Halle 9 („future parc“), Stand B40

Weitere Informationen:
Silke Natzeck
Fakultät für Informatik
Universität Karlsruhe (TH)
Telefon: 0721/608-8660
E-Mail: natzeck@ira.uka.de