Logbuch 2

Aachen, November 2020
Lastflussanalysen in INTEGRAL
Bastian Kiesheyer
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Das Softwaretool INTEGRAL
Eine detaillierte Analyse des elektrischen Energienetzes ist nur mit Hilfe von kommerzieller Netzberechnungssoftware möglich, die sowohl die Wirkleistungs- als auch die Blindleistungsflüsse des als Wechselstrommodell abgebildeten Stromnetzes berücksichtigt. Bei B E T wird hierzu mit dem Softwaretool INTEGRAL gearbeitet. INTEGRAL (Interaktives Grafisches Netzplanungssystem) ist ein Softwaretool der FGH GmbH (vormals Forschungsgemeinschaft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.V) zur Planung elektrischer Energieversorgungsnetze, mit dessen Unterstützung die deutschen Übertragungsnetze, teilweise auch die 110 kV-Netze, geplant und berechnet werden.
Lastflussberechnungen
Für die Berechnung von Netzen und Leitungen im stationären Betrieb wird heutzutage in erster Linie die Lastflussberechnung als wesentliches Netzberechnungsverfahren eingesetzt. Die grundlegende Aufgabe der Lastflussberechnung ist die Ermittlung der Strom- und Spannungsverhältnisse im elektrischen Netz für den vorgegebenen Netzbelastungsfall, aus denen dann die resultierenden Wirk- und Blindleistungsflüsse über die Betriebsmittel des Netzes berechnet werden. Ausgangslage für die Grundfallrechnung der Lastflussanalyse sind die gegebenen Einspeiseleistungen und Belastungen in den Netzknoten, sowie die Topologie des Netzes.
Aufbau eines detaillierten Verteilnetzmodells in INTEGRAL
Für tiefergehende Untersuchungen der sich ergebenen Netzsituationen wurde das Lichtenauer Verteilnetz in hinreichender Detailtiefe in INTEGRAL modelliert. Hierbei wurde, wie schon bei der Modellierung des Lichtenauer Knoten-Kanten-Modells zur Stromnetzabbildung in B E T GridMod, auf die von der Stadt Lichtenau und dem Netzbetreiber Westnetz zur Verfügung gestellten Netzdaten zurückgegriffen. Der Grundriss der Netzschemagrafik des Lichtenauer Verteilnetzes in INTEGRAL ist unten abgebildet.
Um das unternehmenseigene Tool B E T GridMod mit der Netzberechnungssoftware INTEGRAL zu verknüpfen, wurde zudem eine Schnittstelle konfiguriert, sodass die Optimierungsergebnisse aus B E T GridMod und die Lastflussergebnisse aus INTEGRAL jeweils in das andere Tool überführt werden können.
Lastflussanalysen in INTEGRAL
Für eine zuverlässige und sichere Stromversorgung muss das kommunale elektrische Energieversorgungsnetz in allen Netzsituationen die Spannungs- und Stromgrenzen einhalten. Zur Überprüfung der Netzverträglichkeit des Lichtenauer Energiesystems wird das Verteilnetzmodell in INTEGRAL mit den Leistungswerten der charakteristischen Netznutzungsfälle aus B E T GridMod beaufschlagt. In den untersuchten Lastfällen der Kommune Lichtenau liegen keine überlasteten Netzelemente oder Spannungsbandverletzung vor, sodass der Ist-Systemzustand insgesamt als unkritisch eingestuft werden kann. Folglich kann das in B E T GridMod optimierte Energiesystem auch als netzverträgliches Energieversorgungssystem für die Kommune Lichtenau bewertet werden.
Das Verteilnetzmodell und die Lastflussberechnungen in INTEGRAL ermöglichen so detaillierte Aussagen; beispielsweise, ob die aus Erzeugungssicht optimale Anlagenkonfiguration für die Kommune Lichtenau auch im Hinblick auf das Netz sinnvoll ist. Somit ist eine wechselseitige Abstimmung von Erzeugung, Verbrauch und Verteilung simulativ abbildbar und Empfehlungen für die Kommune Lichtenau sind möglich.

Aachen, August 2020
Aufbereitung der Optimierungsergebnisse in B E T GridMod
Bastian Kiesheyer
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Aufbau eines vereinfachten Verteilnetzmodells
Mit B E T GridMod ist es nun möglich das kommunale Energiesystem der Stadt Lichtenau unter Berücksichtigung der lokalen elektrischen Netzgegebenheiten zu optimieren. Um die Optimierungsergebnisse, wie die Erzeugungs- und Lastwerte sowie die Leistungsflüsse und Leitungsauslastungen, einer räumlich aufgelösten Analyse zugänglich zu machen, wurde ein vereinfachtes, GIS-typisiertes Verteilnetzmodell für Lichtenau erstellt.
Wirklastflussdarstellung im vereinfachten Verteilnetzmodell
Das vereinfachte Lichtenauer Verteilnetzmodell ermöglicht eine Wirklastflussdarstellung der Optimierungsergebnisse aus B E T GridMod und richtet so den Fokus der Auswertung auf die Netzseite des Lichtenauer Energiesystems. Dabei werden jeder Kante des Lichtenauer Knoten-Kanten-Modells der Betrag des Wirkleistungsflusses und der Betrag der Auslastung des zugehörigen Prozesses zugeordnet. Die Richtung des Wirkleistungsflusses wird durch Pfeile widergespiegelt, die Höhe des Wirkleistungsbetrags durch die Kantenstärke des Pfeils. Die Auslastung der Leitung wird mittels einer diskreten Farbskala veranschaulicht, anhand welcher der Pfeil eingefärbt wird. Die zugehörige Legende ist unten beigefügt.
Analyse anhand von verschiedenen Netznutzungsfällen
Elektrische Energieversorgungsnetze müssen eine hohe Versorgungszuverlässigkeit und Versorgungsqualität sicherstellen, die robust gegenüber äußeren Einflüssen sind. Um das Verhalten des Lichtenauer Mittelspannungsnetzes für extreme Belastungssituationen zu berechnen, werden verschiedene Lastfälle analysiert, die durch das Verhältnis von Erzeugung und Verbrauch bestimmt sind. Aus der Kombination der extremen Erzeugungsfälle der Windenergie-, PV- und Biogasanlagen in Lichtenau mit den minimalen und maximalen Lasten der Kommune Lichtenau, ergeben sich die kommunenspezifischen Netznutzungsfälle. Anhand des vereinfachten Lichtenauer Verteilnetzmodells sind nun erste Abschätzungen bezüglich der Netzverträglichkeit der Optimierungsergebnisse für die Kommune Lichtenau möglich. Untenstehende Wirklastflussdarstellung zeigt den Lastfall „Starklast & StarkWind“, d. h. den Netzzustand bei hoher Stromnachfrage in den Lastknoten und hoher Einspeisung der Windenergieanlagen in den Windeinspeiseknoten.

Aachen, Juli 2020
Von B E T SysMod zu B E T GridMod
Bastian Kiesheyer
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B E T SysMod
In der ersten Modellierungsphase wurde das kommunale Energiesystem der Stadt Lichtenau bereits als ein vereinfachtes Ein-Knoten-Modell in B E T SysMod abgebildet. Um das erarbeitete Stromnetzmodell der Kommune Lichtenau nun auch in B E T SysMod integrieren zu können, war eine Weiterentwicklung des Tools notwendig.
Räumliche Erweiterung von B E T SysMod
Die räumliche Erweiterung der Erzeugerseite erforderte die Bildung von Erzeugungs-, Einspeise- und Netzanschlussknoten, um die Einspeiseknoten mit den Netzknoten des Stromnetzmodells und somit die Erzeugerseite mit der Netzseite zu verbinden. Nach Ermittlung der Windparkzugehörigkeit und der Netzanschlusspunkte der Windenergieanlagen in Lichtenau, konnten die einzelnen Windenergieanlagen angemessen aggregiert werden und je einem Einspeiseknoten zugeordnet werden. Die Einspeiseknoten sind über jeweils eine Kante, der Einspeiseleitung, mit den entsprechenden Netzanschlussknoten verbunden. Dies sind in den meisten Fällen die Umspannwerke in Lichtenau.
Unter Berücksichtigung der kommunalen Stromnetzinfrastruktur wurde das Energiesystem der Kommune Lichtenau aufbauend auf dem Ein-Knoten-Modell räumlich zu einem Energieversorgungsnetzmodell erweitert, indem es als Knoten-Kanten-Modell mit Knoten für die Erzeugungsanlagen und Lastzentren und Kanten für die Leitungen des Elektrizitätsnetzes implementiert wurde.
Das Lichtenauer Energiesystemmodell in B E T GridMod
B E T GridMod ist das räumlich weiterentwickelte Tool B E T SysMod, welches bei der Optimierung des Energiesystems nun auch die Eigenschaften der elektrischen Stromnetzinfrastruktur miteinbezieht. Für das Lichtenauer Energiesystemmodell bedeutet dies unter anderem, dass die Erzeugungszeitreihen aller modellierten Energieerzeugungsanlagen, die Leistungsflüsse über allen Netzbetriebsmitteln, die Strombedarfsdeckungen aller Verbraucher und eventuelle Ein- und Ausspeichervorgänge berechnet werden können.
Eine vereinfachte Ansicht des Lichtenauer Energieversorgungsnetzmodells ist unten beigefügt. Das Lichtenauer Modell in B E T GridMod umfasst Einspeiseknoten der Windenergie-, PV Aufdach-, PV Freiflächen- und Biogasanlagen sowie die zugehörigen Einspeiseleitungen als Kanten. Es umfasst des Weiteren Lastknoten, Kanten des Mittelspannungsnetzes, Knoten der Umspannwerke sowie weitere Hilfsknoten und -kanten.

Aachen, Mai 2020
Modellierung des kommunalen elektrischen Verteilnetzes
Bastian Kiesheyer
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Das Knoten-Kanten-Modell zur Stromnetzabbildung
In der vorherigen Projektphase wurde das Energiesystem der Kommune Lichtenau in B E T SysMod vereinfacht als Ein-Knoten-Modell modelliert, in welchem das Stromnetz als Kupferplatte abgebildet und somit zunächst vernachlässigt wurde. Dieser Ansatz des Kupferplattenmodells ging von einem uneingeschränkten elektrischen Netz ohne die Berücksichtigung von Netzrestriktionen aus. Um die Eigenschaften der kommunalen elektrischen Energieversorgung im Energiesystemmodell mit einzubeziehen, wurde das elektrische Verteilnetz in Lichtenau nun mittels eines sogenannten Knoten-Kanten-Modells implementiert. Elektrische Energienetzmodelle bestehen hierbei aus Netzknotenpunkten, die über Kanten miteinander verknüpft sind.
Abbildung des Mittelspannungsnetzes der Kommune Lichtenau
Für eine hinreichend genaue Abbildung des elektrischen Verteilnetzes der Kommune Lichtenau ist die Kenntnis der örtlichen Netzgegebenheiten von zentraler Bedeutung. Die von der Stadt Lichtenau und dem lokalen Netzbetreiber Westnetz zur Verfügung gestellten Netzdatensätze stellten die Datenbasis dar, anhand derer die Expert*innen von B E T das für die Kommune Lichtenau spezifische Knoten-Kanten-Modell konstruieren konnten. Um die Kombination der verfügbaren Netzdaten zu erleichtern, wurden die vorliegenden Informationen in einem geografischen Informationssystem erfasst und bearbeitet.
Die Knoten des Lichtenauer Stromnetzmodells
Nach einer Grobbetrachtung des Verteilnetzes in Lichtenau wurde eine bestimmte Anzahl an Knoten definiert, die die charakteristische Netzstruktur wiedergibt, und zwischen denen ein Leistungsaustausch möglich ist. Die Definition der Netzknoten orientierte sich dabei an der städtischen Struktur der Kommune Lichtenau, die aus 15 Orten besteht. Für jeden dieser Orte wurde ein Lastknoten definiert. Im Rahmen einer weiterführenden Recherche zur räumlichen Verteilung des Stromverbrauchs und möglicher Großverbraucher in der Kommune Lichtenau wurde der Industriestandort des Automotive-Werks der Benteler International AG im Ortsteil Kleinenberg identifiziert und als zusätzlicher Lastknoten in das Stromnetzmodell aufgenommen. Weitere wichtige Netzknotenpunkte sind die drei Umspannwerke der Gemeinde.
Die Kanten des Lichtenauer Stromnetzmodells
Die Kanten des Knoten-Kanten-Modells stellen Abbildungen der realen Kabel und Freileitungen des kommunalen Energieversorgungsnetzes dar. Hierbei wurde sich auf das örtliche Mittelspannungsnetz fokussiert. Der leitungsgebundene Elektrizitätstransport findet im Netzmodell an den Kanten statt, deren Kapazität gemäß von maximalen Nettoübertragungskapazitäten beschränkt ist. Die resultierende Stromnetzabbildung des kommunalen Mittelspannungsnetzes in Lichtenau mit ihrer charakteristischen Netzstruktur aus Knoten und Kanten ist unten vereinfacht dargestellt.
Das implementierte Stromnetzmodell wird dabei helfen, netztechnisch ungünstige Entscheidungen bei der Planung von Grobkonzepten zu vermeiden sowie die räumliche Erweiterung des Tools B E T SysMod zu realisieren.

Aachen, März 2020
Der zweite Individual-Workshop mit der Kommune Lichtenau
Bastian Kiesheyer
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Der zweite Individual-Workshop mit der Kommune Lichtenau
Nach gut einem Jahr Laufzeit des Forschungsprojekts „ArkESE“ kamen die Projektpartner CWD und B E T sowie der projektbegleitende Ausschuss der Kommune Lichtenau am 5. März 2002 zu einem eintägigen Workshop im Hauptsitz der B E T im ehemaligen Kloster St. Alfons in Aachen zusammen. Die Delegierten der Kommune Lichtenau waren der Geschäftsführer der Stadtwerke Lichtenau, Hermann Dickgreber, und der Klimamanager der Stadt Lichtenau, Günter Voß. Die Ziele des zweiten Individual-Workshops waren die Rekapitulation des ersten Projektjahres, die Präsentation und Diskussion der bisherigen Ergebnisse, die Rückmeldung der Kommune Lichtenau zum Projekt sowie die Planung und Absprache der nächsten Arbeitsschritte.
Rekapitulation des ersten Projektjahres
Im ersten Projektjahr bestand die Zusammenarbeit mit der Stadt Lichtenau vorwiegend aus dem gegenseitigen Kennenlernen, der Identifikation von Zielen, Akteuren und Rahmenbedingungen sowie der Unterstützung bei der umfassenden Sammlung benötigter Datensätze. Auf Seiten des CWD stellten die Anforderungskataloge zur Datenakquise, die Entwicklung des „House of municipal Energy“ („HomE“) zur Verknüpfung von Zielen und Stakeholdern sowie die modellbasierte Potenzialermittlung für die Kommune Lichtenau entscheidende Meilensteine im Projekt dar. Auf Seiten der B E T stellten die Projektion externer Parameter, die Szenarienbildung, der erste vollständige Optimierungsdurchlauf in B E T SysMod sowie die kontinuierliche Modellweiterentwicklung des kommunalen Energiesystems der Stadt Lichtenau entscheidende Meilensteine im Projekt dar.
Präsentation und Diskussion der bisherigen Ergebnisse
Das CWD präsentierte die Ergebnisse des „HomE“ bezüglich der relativen Zielgewichtungen der Teilziele der Kommune Lichtenau und bezüglich des Einflusses der einzelnen Stakeholdergruppen. Das unten abgebildete Spinnennetzdiagramm der Zielgewichtungen der Kommune Lichtenau zeigt einen ausgeprägten Fokus auf Imageverbesserung und Regionalisierung und eine untergeordnete Rolle von Organisation & Struktur. Das CWD stellte zudem seine Modelle zur Bestimmung des Potenzials für Windenergie-, Biogas- und Photovoltaikanlagen vor und präsentierte das ermittelte Ausbaupotenzial für die Kommune Lichtenau.
B E T stellte das Optimierungstool B E T SysMod vor und präsentierte den aktuellen Stand der Modellbildung des kommunalen Energiesystems sowie bereits vorläufige Optimierungsformate. Dies beinhaltet zum einen ein Flächendiagramm, bei der die Flächenaufteilung unterhalb der Strombedarfslinie anzeigt, ob die Gesamtlast der Stadt Lichtenau durch kommunal erzeugten EE Strom oder durch Strombezug aus dem Netz gedeckt wird. Das andere Auswertungsdiagramm ist ein gruppiert gestapeltes Säulendiagramme, bei dem ein Säulenpaar die jeweils optimale stündliche Erzeugungs- und Verbrauchsstruktur der Stadt Lichtenau aufzeigt. Der linke Balken spiegelt die Erzeugerseite wider, indem er die Einspeisemengen differenziert nach den unterschiedlichen Energiequellen veranschaulicht. Der rechte Balken spiegelt die Verbraucherseite wider, indem er die eingespeisten oder bezogenen Strommengen nach ihrer Verwendung differenziert. Der gestrichelte Linienverlauf zeigt den gesamten kommunalen Strombedarf der Stadt Lichtenau.

Aachen, Dezember 2019
Erster vollständiger Optimierungsdurchlauf in B E T SysMod
Bastian Kiesheyer
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Zweck der Modellbildung
Die Vorteile einer modellbasierten Energiesystemanalyse ergeben sich aus der Kopplung bzw. Entkopplung des Modells mit bzw. von der realen Problemstellung. So ist es möglich, am Energiesystemmodell Fragestellungen und Untersuchungen durchzuführen oder alternative Entwicklungen zu überprüfen, die am realen System gar nicht möglich wären, wie beispielsweise sogenannte „was wäre, wenn“-Szenarien. Das Ziel der Modellbildung ist es, die Wirkzusammenhänge zwischen dem bestehenden Energiesystem, den Entwicklungsmöglichkeiten in der Erzeugung, im Verbrauch und der Verteilung sowie den Grad der Zielerreichung in sachgerechter Detailtiefe abzubilden.
Hintergrund des Softwaretools B E T SysMod
B E T SysMod ist ein von B E T entwickeltes Tool zur Abbildung, Analyse und Optimierung komplexer Energiesysteme. Dank seiner flexiblen Anwendungsmöglichkeiten ist B E T SysMod bereits in zahlreichen Projekten und Studien erfolgreich zum Einsatz gekommen. Die Modellierung des Energiesystems erfolgt als gemischt-ganzzahliges lineares Programm auf Basis eines Referenzenergiesystems, welches im Wesentlichen aus der Abbildung von Assets und Commodities besteht.
Abbildung der kommunalen Energiesysteme
Das ursprünglich zur Kraftwerkseinsatzoptimierung industrieller Zwecke konzipierte Tool wurde in den vergangenen Monaten für den Anwendungsfall von auf erneuerbaren Energien basierender Energiesysteme weiterentwickelt. Aufbauend auf den in der vorherigen Projektphase ermittelten Datensätzen, Parametersets, Szenarien und der konfigurierten Schnittstelle zum CWD, wurden die kommunalen Energiesysteme der Städte Lichtenau und Steinfurt in B E T SysMod nun vereinfacht modelliert. Das untenstehende Schema veranschaulicht den grundsätzlichen Aufbau der modellierten Systemstrukturen.
In einem ersten Schritt wurden die kommunalen Energiesysteme als vereinfachte Ein Knoten Modellen in B E T SysMod abgebildet. Diese Modelle fokussieren auf die technologisch aggregierte Abbildung der Erzeugungs- und Lastseite. Zur Deckung des kommunalen Strombedarfs stehen zum einen die lokalen EE Anlagen (Windenergie-, PV-Aufdach-, PV-Freiflächen- und Biogasanlagen) zur Verfügung; zum anderen kann Strom aus dem Netz bezogen werden. Das Modell berücksichtigt ferner die Möglichkeiten der Stromeinspeisung in die überlagerten Hochspannungsnetze, des Einspeisemanagements der EE Anlagen sowie der Ein- und Ausspeicherung von Strom. Das Stromnetz wird in diesem Schritt als Kupferplatte abgebildet und somit zunächst vernachlässigt.
Erster vollständiger Optimierungsdurchlauf in B E T SysMod
Neben den flexiblen Modellierungsoptionen bieten die Optimierungswerkzeuge in B E T SysMod die Möglichkeit, das modellierte System zu optimieren, d. h. das optimale Erzeugungskonzept zu bestimmen. Die ersten fehlerfreien Durchläufe der Optimierungsrechnungen konnten nun die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der gewählten Modellierung bestätigen.
 

Aachen, November 2019
Internes Projekttreffen zwischen B E T & CWD
Bastian Kiesheyer
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Internes Projekttreffen zwischen B E T & CWD
Am 5. November 2019 kamen die Projektverantwortlichen des CWD und der B E T zu einem internen Workshop in Aachen zusammen. Auf der Agenda standen unter anderem die Reflexion des bisherigen Projektverlaufs und der Projektabgleich „Soll   Ist“ der verschiedenen Arbeitspakete. Zudem wurde die ArkESE-Toolchain diskutiert; eine Methodik, die folgende Fragen anschaulich beantworten soll: welche Schritte und Phasen sind bei der Kommunenbetreuung zu durchlaufen und welche Informationen sind zu welchem Zeitpunkt für welche Entscheidung notwendig und über welche Kommunikationswege bereitzustellen?
Da die Modellarbeiten in B E T SysMod aufgrund der konfigurierten Schnittstelle zwischen CWD und B E T seit dem letzten Arbeitstreffen nun weiter fortgeschritten sind, wurde das Modellierungstool B E T SysMod und der aktuelle Stand der Modellierung dem CWD genauer vorgestellt. Abschließend wurden die zweiten Individualworkshops mit den Kommunen geplant, die im kommenden Jahr stattfinden sollen.
 

Lichtenau, Oktober 2019
Verbesserung der Netzdatenbasis
Bastian Kiesheyer
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Relevanz und Verfügbarkeit von Netzdaten
Ende Oktober trafen sich die Delegierten der Projektpartner CWD und B E T sowie die Projektverantwortlichen der Stadt Lichtenau erneut zu einem Arbeitstreffen im Technologiezentrum für Zukunftsenergien in Lichtenau. In den vergangenen neun Monaten sind Datenkataloge zu Potenzial- und Netzdaten angefertigt und entsprechende Daten erhoben worden. Während die Potenzialdaten für die Stadt Lichtenau zum Großteil verfügbar waren, stellte die Verfügbarkeit der kommunalen Netzdaten bisher eine Hürde im Projektverlauf dar.
Zum Aufbau eines lastganggerechten und netzverträglichen Energiesystems ist die Kenntnis der örtlichen Netzgegebenheiten jedoch von zentraler Bedeutung. Durch die bisher zur Verfügung stehenden Netzschemapläne der Stadt Lichtenau und durch weitere Recherchen konnte die grundsätzliche Struktur des kommunalen Netzes in Lichtenau bereits ermittelt werden. Zur Sicherstellung einer verlässlichen Datenbasis ist jedoch eine Mitwirkung des Netzbetreibers vor Ort bei der Entwicklung von Konzepten für das Energiesystem anzustreben.
Kooperation mit Westnetz
Der Anlagenbestand in der Kommune Lichtenau wird von Windenergieanlagen dominiert, welche in verschiedene Netze unterschiedlicher Netzbetreiber einspeisen. Der Geschäftsführer der Stadtwerke Lichtenau, Hermann Dickgreber, und der Klimamanager der Stadt Lichtenau, Günter Voß, hatten zur Verbesserung der Netzdatenqualität den lokalen Netzbetreiber Westnetz GmbH konsultiert. Westnetz betreibt in Lichtenau unter anderem das kommunale Ortsnetz. Mit den Herren Dickgreber und Voß wurde sich darauf verständigt, dass der Fokus der Netzbetrachtung und -modellierung im Forschungsprojekt auf dem kommunalen Ortsnetz der Westnetz liegen solle. Herr Dickgreber zeigte sich zuversichtlich, dass der Netzbetreiber Westnetz die benötigten Netzdaten kooperativ zur Verfügung stellen werde und auch Daniel Vogt, der für den regionalen Netzbetrieb der Westnetz GmbH zuständig ist, signalisierte eine vertrauensvolle Zusammenarbeit und kündigte seine Unterstützung an.
Besuch des ENERCON Training Centers
Zum Abschluss des Arbeitstreffens besuchten alle Beteiligten das vor 2 Jahren eröffnete Schulungszentrum der Firma ENERCON am Standort Lichtenau. Trainer und Schulungsfachmann Markus Münstermann zeigte der Arbeitsgruppe die Schulungs- und Konferenzstätten sowie eine Live-Simulationen im Training Center.

Aachen, September 2019
Aufbereitung der kommunalen Datensätze
Bastian Kiesheyer
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Rohdatenaufbereitung und Potenzialermittlung
In den vergangenen Monaten hatte die Kommune Lichtenau verschiedenste Datensätze aus den Bereichen Erzeugung, Verbrauch, Netze, Flexibilitäten/Speicher, Demographie und Ökonomie gesammelt und den Projektpartnern CWD und B E T zukommen lassen. Unterstützung fanden die Bearbeiter*innen unter anderem in den Anforderungskatalogen, die ihnen im März zur Verfügung gestellt wurden. Anschließend wurden die gesammelten Rohdatensätze durch das CWD analysiert, aufbereitet, teilweise mit Hilfe von Referenzdatensätze vervollständigt, gemäß der vorgefertigten Datenkataloge sortiert und in eine Metadatenmappe der Kommune Lichtenau überführt.
Abbildung des kommunalen Energiesystems
Anhand des Lichtenauer Metadatensatzes wurde eine interaktive Karte erstellt, die die Energieerzeugungsanlagen in Lichtenau übersichtlich darstellt. Ein Ausschnitt dieser Karte ist unten abgebildet. Der Kartenausschnitt zeigt den Status quo des Anlagenbestands in der Kommune Lichtenau. Die Kommune Lichtenau besteht aus 15 Dörfern, die jeweils durch eine Siedlung dargestellt werden. Die Photovoltaikanlagen sind ortsspezifisch aggregiert und überlagern so teilweise die Siedlungen. Die Karte zeigt außerdem einzelne Windenergie-, PV-Freiflächen- und Biogasanlagen innerhalb der Kommune Lichtenau.
Das Ziel ist es, mittels der interaktiven Karte über die Darstellung des Status quo hinaus auch Potenzialmodelle darstellen zu können. Mit Hilfe der weiterverwerteten Daten konnten zudem die Erzeugungspotenziale der bestehenden Windenergie-, Biogas- und Photovoltaikanlagen in der Kommune Lichtenau mit Hilfe der Potenzialmodelle des CWD berechnet werden.
Schnittstelle zwischen CWD und B E T
Die vom CWD aufbereiteten Datensätze der Kommune Lichtenau stellen einen entscheidenden Teil des Modellinputs für das Tool B E T SysMod dar, mit welchem das kommunale Energiesystem in der nächsten Projektphase modelliert wird. Es konnte erfolgreich eine Schnittstelle zwischen CWD und B E T konfiguriert werden, die den Transfer der Daten, die für die Modellierung und Parametrierung des kommunalen Energiesystems in B E T SysMod notwendig sind, sicherstellt.
 

Aachen, Mai 2019
Konzeption robuster Energiesysteme
Bastian Kiesheyer, Dominic Nailis
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Das „r“ in ArkESE steht für „robust“
Der Aufbau eines kommunalen Energiesystems auf Basis von erneuerbaren Energien kann nicht ausschließlich isoliert in der Bilanzgrenze der Kommune betrachtet werden. Nicht alle Einflussfaktoren, die eine Auswirkung auf den Erfolg des Energiesystems haben, sind von der Kommune beeinflussbar. Um trotzdem ein robustes System zu konzipieren, ist die Kenntnis dieser externen Einflussfaktoren, wie beispielsweise die Entwicklung der Energiepreise, und deren Einfluss auf das Energiesystem essenziell. Robust beschreibt dabei ein Energiesystem, das trotz wechselnder externer Einflüsse in sich funktionsfähig bleibt.
Projektion externer Parameter
Die Szenarien der Energieversorgung werden, neben beeinflussbaren und entscheidbaren Größen, maßgeblich von externen, nicht direkt beeinflussbaren Faktoren bestimmt. Die Expert*innen von B E T identifizieren und analysieren diese externen Parameter und leiten deren zukünftige Entwicklung ab. Die Kommunen helfen hier bei der Identifikation externer Einflussfaktoren aus dem kommunalen Umfeld. Die Parameter werden in Form von Szenarien zusammengefasst.
Bildung von Szenarien
Um eine Aussage zur Robustheit des kommunalen Energiesystems treffen zu können, ist die sorgfältige Auswahl und Zusammenstellung verschiedener Szenarien notwendig. Die Bildung von Szenarien verfolgt das Ziel, konsistente, hinreichend detaillierte und unterschiedliche Szenarien als Modellinput zu generieren. Die Anforderungen der Konsistenz und der Verschiedenheit werden sichergestellt, indem die Szenarien mit Hilfe der Szenariotechnik kombiniert werden. Kern der Szenariotechnik ist, die Konsistenz eines Szenarios, das aus einer Vielzahl von Einzelparametern besteht, durch die sukzessive Beurteilung paarweiser Konsistenz zu generieren. Die Konkretisierung der Szenarien auf kommunaler Ebene wird als Inputgröße für spätere Modellrechnungen genutzt werden.
 

Aachen, März 2019
Durchschlagen im Daten-Dschungel
Bastian Kiesheyer, Fiona Lecour
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Daten über Daten
Für das Forschungsprojekt „ArkESE“ müssen die Kommunen eine Vielzahl verschiedener Daten aus den Bereichen Erzeugung, Verbrauch, Netze, Flexibilitäten/Speicher, Demographie und Ökonomie zusammentragen. Diese Daten sind teilweise bei den Kommunen vorhanden; teilweise müssen die Daten jedoch auch bei übergeordneten Stellen angefordert werden. Unklarheiten bezüglich der richtigen Ansprechpartner*innen, des genauen Dateninhalts und der Detailtiefe stellen ein Hindernis bei der Datenakquise dar, welches die Kommunen nur begrenzt eigenständig überwinden können. Hier unterstützen die Expert*innen von B E T und CWD.
Unterstützung für die Kommunen
Aufbauend auf den Individual-Workshops mit den Kommunen im Februar, in denen der Datenbedarf und die Datenqualität besprochen wurde, konnten ein Anforderungskatalog für Potenzialdaten und ein Anforderungskatalog für Netzdaten erarbeitet werden. Diese Kataloge sollen die Datenakquise der Kommunen erleichtern, indem sich die Kommunen mit einer Art vorformulierter Wunschliste an die relevanten Stellen wenden können. Hierbei wird der Datenbedarf klar in den Rahmen des Forschungsprojektes eingeordnet. Die Anschreiben können die Kommunen direkt zur Datenbeschaffung an relevante Akteure, wie beispielsweise Anlagenbetreiber oder Abteilungen der städtischen Verwaltung, weiterleiten. So kann sichergestellt werden, dass die einzuholenden Datensätze den geforderten Daten für das Forschungsprojekt genügen.
 

Aachen, Januar 2019
Gemeinsamer Auftaktworkshop zum Projektbeginn in Aachen
Bastian Kiesheyer, Dominic Nailis
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B E T und CWD treffen sich zum ersten Austausch mit den Beispielkommunen
Zum Auftakt des Forschungsprojektes „ArkESE“ kamen die Projektpartner B E T und CWD und die projektbegleitenden Ausschüsse der Stadt Lichtenau, des Kreises Steinfurt und der EnergieAgentur.NRW zu einem eintägigen Workshop am Center for Wind Power Drives in Aachen am 24. Januar 2019 zusammen. Auf der Workshop-Agenda standen die aktuelle Projektvorstellung inklusive der Projektinhalte und -ziele sowie ein erster fachlicher Austausch unter allen Projektteilnehmer*innen. Weiterhin sollten mögliche individuelle Ziele von Kommunen und relevante Stakeholder im Kontext kommunaler Energieversorgung gemeinsam identifiziert werden.
Identifikation individueller Ziele
Mit dem Aufbau eines kommunalen Energiesystems verfolgt jede Kommune eine individuelle Kombination von Zielen wie beispielsweise Energieautarkie, lokale Wertschöpfung oder Reduktion von Treibhausgasen. Im Rahmen eines ersten interaktiven Austauschs erarbeiteten die Workshop-Teilnehmer*innen mögliche ökonomische, ökologische und soziale Ziele und ordneten diese innerhalb des energiepolitischen Zieldreiecks zwischen Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit und Bezahlbarkeit ein.
Identifikation kommunaler Stakeholder
Die Kenntnis dieser Ziele und die Kenntnis der vorhandenen Akteursstruktur sind Voraussetzungen für kommunenspezifische Handlungsempfehlungen. Im Rahmen des zweiten interaktiven Austauschs identifizierten die Workshop-Teilnehmer*innen mögliche Stakeholder und Akteure aus ihren Kommunen und ordneten diese den sechs Kategorien „Öffentliche Hand“, „Privatpersonen“, „Versorgungswirtschaft“, „Wissenschaft und Bildung“, „Gewerbe, Handwerk, Dienstleister“ und „Multiplikatoren“ zu.
Abschließend wurde das weitere Vorgehen im Forschungsprojekt besprochen sowie die Agenda der ersten Individual-Workshops mit den jeweiligen Kommunen diskutiert, die bereits in den kommenden Wochen stattfinden sollen.
 

Aachen, Dezember 2018
Start des Forschungsprojekts „ArkESE“
Bastian Kiesheyer, Fiona Lecour, Dominic Nailis
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„ArkESE“ – Auslegung robuster kommunaler Energiesysteme auf Basis von erneuerbaren Energien
Am 1. Dezember 2018 startete das für drei Jahre angesetzte Forschungsprojekt „ArkESE“. Ziel des Projekts ist die Erarbeitung einer Methode zur Beratung von deutschen Kommunen im Hinblick auf den Aufbau von lastganggerechten und netzverträglichen Energiesystemen auf Basis von erneuerbaren Erzeugungskapazitäten. Kommunen sollen in eine Position versetzt werden, in der sie die notwendigen konzeptionellen, organisatorischen, wirtschaftlichen und technischen Entscheidungen selbstständig vorbereiten, treffen und umsetzen können.
Neben der Erhöhung des Anteils erneuerbarer Erzeugungskapazitäten an der Strombereitstellung führt die Anwendung der zu entwickelnden Methodik zur Steigerung der Effizienz beim Verbrauch und der Verteilung von Strom. Durch Aufklärung, Erfahrungsaustausch und Modelle werden inhärente Unsicherheiten reduziert und Kommunen in die Lage versetzt, die Energiewende aktiv voranzutreiben. Damit leistet das Projekt einen signifikanten Beitrag zum Ausbau erneuerbarer Erzeugungskapazitäten, zur Reduktion von Treibhausgasemissionen im Energiesektor und trägt außerdem dazu bei, die Versorgungssicherheit zu erhöhen und die Akzeptanz durch kommunale Partizipation zu steigern.
Zusammenarbeit von B E T, CWD und Beispielkommunen
Eine solche Methode kann nur auf interdisziplinärem Wege erstellt werden, indem Technikanalysen, Wirtschaftlichkeits- und Akzeptanzbetrachtungen tiefgreifend miteinander verknüpft werden. Hierzu werden die beiden Projektpartner, das Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH (B E T) und der Chair for Wind Power Drives (CWD) der RWTH Aachen, kooperieren und mit zwei Beispielkommunen aus Nordrhein-Westfalen, der Stadt Lichtenau und dem Kreis Steinfurt, zusammenarbeiten.