Virtuelles Kraftwerk

Das virtuelle Kraftwerk verbindet eine große Anzahl dezentraler Anlagen zur Gewinnung und Speicherung erneuerbarer Energien mit Flexibilitätspotenzialen auf Seiten der Verbraucherinnen und Verbraucher – von der E-Flotte der Nahverkehrsbusse bis zur smarten Steckdose. Dabei werden automatisierte Daten bereitgestellt, ausgewertet und zur flexiblen Steuerung genutzt.

Projekte wie die BMW-Batterie-Speicherfarm oder das bidirektionale Auto sollen weiterhin dabei helfen, den Strombedarf und -verbrauch bei fluktuierender Einspeisung zu synchronisieren.

Perspektivisch soll das virtuelle Kraftwerk signalisieren, wann ein hoher Anteil an erneuerbaren Energien zur Verfügung stehen wird (z. B. aufgrund von Wetterprognosen).
Verbraucherinnen und Verbraucher, die diese Signale empfangen und über passende Steuerungsmechanismen verfügen, werden in der Lage sein, flexibel auf die Signale des virtuellen Kraftwerkes zu reagieren.

Auch umgekehrt sind die Signale wünschenswert: Wenn Strom nur unter hohem Treibhausgasausstoß produziert werden kann, sollen flexible Lasten abgeschaltet werden.

Das virtuelle Kraftwerk wird es künftig möglich machen, viele kleine, über die Stadt verteilte Anlagen so zusammenzufassen, dass sie als ein großes Kraftwerk gesteuert werden können.
Dadurch wird die Erschließung der Dächer der Stadt für EE-Anlagen ermöglicht. So können erneuerbare Energien auf bereits versiegelten Flächen erzeugt werden, anstatt Freiflächen zu beanspruchen, die besser für die Erzeugung von Nahrungsmitteln oder zur Stabilisierung der Biodiversität genutzt werden.

SPARCS-Maßnahmen

ICT-Plattform und offene und standardisierte Sensoren
und Systeme

Um die nachhaltige Entwicklung von Leipzig als moderne und lebenswerte Stadt voranzubringen, sollte durch den Aufbau eines Umwelt- und Klimadaten-Sensornetzwerks die Lebensqualität der Leipziger Bürgerinnen und Bürger verbessert werden – und das mithilfe von Daten und Technologien.

Durch den Aufbau des LoRaWAN- und Sensornetzwerks der Leipziger Stadtwerke wurde die Kommunikation zwischen dezentralen Geräten und der digitalen Plattform der Leipziger Stadtwerke ermöglicht. So konnten viele verschiedene Umwelt- und Lebensqualitätssensoren installiert werden, die Daten zu Luftqualität, Feinstaub, Lautstärke, Beleuchtung liefern und darüber hinaus Informationen über freie Parkplätze und die Stadttemperatur bereitstellen.

Das System ist für Unternehmen, öffentliche Institutionen und diejenigen zugänglich, die ihre eigenen Sensoren installieren und die Daten der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen möchten. Das Netzwerk ermöglicht eine einfache und skalierbare Integration von Sensorik im gesamten Stadtgebiet. Eine Vielzahl von dezentralen Geräten kann regelmäßig mit der Plattform kommunizieren und so lokale Daten bereitstellen. Innovativ ist hierbei besonders die Öffnung kommunaler Systeme für dezentrale Open Data Communities, damit ein feingliedriges Netzwerk entsteht, in dem Bürgerinnen und Bürger bei der Erfassung der Lebensqualität in der Stadt helfen. Durch die Verwendung von offenen Standards und Protokollen können verschiedene Sensoren und Geräte nahtlos miteinander kommunizieren und Daten austauschen, unabhängig von Typ oder herstellender Firma. Dies erleichtert nicht nur die Integration von neuen Geräten und Sensoren in das Netzwerk, sondern ermöglicht auch eine breitere Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteurinnen und Akteuren und die Entwicklung von innovativen Anwendungen und Services. Zudem können diese Standards dazu beitragen, die Transparenz und Interoperabilität des Netzwerkes zu erhalten.

Dashboard zum Monitoring der erhobenen Umwelt- und Klimadaten (Quelle: Leipziger Stadtwerke)

Ziel
Große Anzahl verschiedener Umwelt- und Lebensqualitätssensoren zu installieren und deren Daten für ganz Leipzig zu teilen.

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Stadtwerke Leipzig

Ort
Virtuelles Energiequartier

Weiterführende Informationen zu LoRaWAN- und Sensornetzwerken in Leipzig

Das LoRaWAN- und Sensornetzwerk bietet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Die Innovation bei dem offenen Sensorsystem besteht in der Möglichkeit, eine Vielzahl von privaten dezentralen Geräten in das Netzwerk einzubinden. Bürgerinnen und Bürger, Schulklassen, Behörden, Vereine und Unternehmen können Sensoren zur Messung von Lebensqualität (z. B. Feinstaub) an ihren Standorten platzieren und die gewonnenen Daten der ganzen Stadt zur Verfügung stellen sowie durch die Analysekapazitäten Planungsvorhaben erleichtern. Hausgemeinschaften können auf bedrohliche Luftqualität aufmerksam machen, die Abfallwirtschaft kann Informationen über Füllstände von Altglascontainern veröffentlichen und Schulprojekte können Schülerinnen und Schüler dazu befähigen, Sensorik-Baukästen einzurichten und an die Plattform der Leipziger Stadtwerke anzubinden. Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, die Daten zu nutzen, um die Stadtplanung und -entwicklung zu optimieren. Zum Beispiel können Erkenntnisse über die Verkehrsdichte oder Lärmemissionen bei der Planung von Verkehrsinfrastrukturen oder bei der Schaffung von Grünflächen berücksichtigt werden.

Im Rahmen von SPARCS wurden in den beiden Demoquartieren Dunckerviertel und Baumwollspinnerei Luftqualitätssensoren verbaut. Diese messen kontinuierlich die Luftqualität in diesen Vierteln und ergänzen damit das kommunale Netz an Sensoren der Stadt Leipzig. In einem Dashboard zur Luftqualität der Stadt Leipzig werden Luftqualitätsdaten der vergangenen 24 Stunden und viele weitere Zeiträume dargestellt und transparent und frei zugänglich visualisiert.

Ein wichtiger Punkt bei der Etablierung des Netzwerkes war die Platzierung und Konfiguration der LoRaWAN-Gateways, die gut durchdacht sein muss, um ein möglichst engmaschiges Netz mit guter Abdeckung zu erzielen. Hier muss vor allem die Reichweite in der Planung korrekt berechnet werden. Gleiches gilt für die Gestaltung der Server, die die ankommenden Daten integrieren: Denn bei der Verarbeitung von Datenströmen in Echtzeit ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Skalierungsfähigkeit des Systems für die erwarteten Datenmengen ausreichend und die Datenintegrität und -sicherheit gewährleistet ist. Eine umfassende Planung und Vorbereitung einschließlich der Auswahl geeigneter Partitionierung, Replikation
und Konfigurationsoptionen konnte dazu beitragen, eine effektive Datenverarbeitung zu gewährleisten und Ausfallzeiten zu minimieren.

 

Luftqualitätssensoren auf der Baumwollspinnerei
(Quelle: Cenero Energy GmbH)
Luftqualitätssensoren im Dunckerviertel
(Quelle: Referat Digitale Stadt)

Netzstabilisierung durch eine
smarte Steckdose

Wie können Endverbraucherinnen und -verbraucher zu einem bewussteren Umgang mit Energie animiert werden? Das haben die Leipziger Stadtwerke im Zuge des SPARCS-Teilprojekts zur Entwicklung virtueller Energiequartiere untersucht. Eine zentrale Rolle spielte dabei die sogenannte smarte Steckdose. Die Leipziger Stadtwerke haben hierfür eine App konzipiert und umgesetzt, die dreierlei leistet: Sie sensibilisiert ihre Nutzerinnen und Nutzer für das eigene Verbrauchsverhalten, setzt konkrete Anreize zum Stromsparen und ermöglicht es, die Stromflüsse gezielt zu beeinflussen.

Die Anwendung, bestehend aus der smarten Steckdose und zugehöriger App, ist der erste Teil eines mehrstufigen Programms, mit dem die Leipziger Stadtwerke langfristig gemeinsam mit der Mieterschaft ein zukunftsfähiges Energiebewusstsein entwickeln wollen.

Es handelt sich um eine Steckdose mit digitaler, fernauslesbarer Verbrauchsdatenerfassung, über die sich zudem der Verbrauch gezielt steuern lassen. Hierfür hat das SPARCS-Projektteam mit im Voraus geschätzten Lastprofilen und definierten Steuerungsansagen gearbeitet. Diese legen fest, in welchen Szenarien der Stromfluss einer smarten Steckdose unterbrochen werden soll.

Dazu fragen die Stadtwerke über die App bei den Nutzerinnen und Nutzern an, ob ihre mit den Steckdosen verbundenen Geräte zu bestimmten Zeiten ausgeschaltet werden können. Das Ausschalten selbst kann sowohl manuell durch die Nutzerinnen und Nutzer als auch automatisiert durch die Stadtwerke erfolgen.

Die Anwendung soll zum einen die Nutzerinnen und Nutzer nachhaltig für ihr Verbrauchsverhalten sensibilisieren. Sie erhalten Energiespartipps und lernen mehr über intelligenten Stromverbrauch. Um sie gezielt zum Stromsparen zu animieren, nutzt die App einen Gamification-Ansatz. So wird Stromsparen zur spielerischen Herausforderung.

Die Anwendung kann außerdem zur Nivellierung der Stromflüsse im Netz beitragen, indem sie Verbrauchsspitzen abschwächt. So soll der Verbrauch von Strom aus fossilen Quellen und damit der CO2-Ausstoß möglichst gering gehalten werden.

Ziel
Erprobung von Möglichkeiten und Bereitschaft, Verbrauchsgeräte mit Anreizen zur dynamischen Nutzung zu verknüpfen

Anzahl der zu testenden Steckdosen 
350

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Leipziger Stadtwerke

Ort
Virtuelles Energiequartier

Szenarien für eine klimaneutrale Fernwärme

Die smarte Steckdose und die dazugehörige App sind Anwendungen, die für einen bewussten Umgang mit Energie sensibilisieren. Perspektivisch ist die Entwicklung eines Community-Produkts für die Leipziger Kundschaft geplant, das eine Anlagenbeteiligung ermöglicht.

Die Leipziger Stadtwerke wollen künftig Mieterinnen und Mietern die Möglichkeit bieten, ihren eigenen Ökostrommix aus verschiedenen regionalen, dezentralen Erzeugungsanlagen zusammenzustellen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Kundschaft weiß genau, wo ihr Strom herkommt – nämlich aus der Region. Und sie erhalten die Möglichkeit, ihren eigenen Mix an erneuerbaren Energien individuell auszuwählen.

Dahinter steckt die folgende Idee: Anlagenbetreibende wie z. B. Wohnungsgenossenschaften, Vereine und Stadtteile von dezentralen Erzeugungsanlagen können eine Community gründen. Diese Community kann den erzeugten regionalen Strom den Mieterinnen und Mietern zur Verfügung stellen. Die Abwicklung von Belieferung und Bilanzierung erfolgt über das Energieversorgungsunternehmen.

Beispielszenario: Eine Wohnungsgesellschaft baut dezentrale Erzeugungsanlagen auf einem Teil ihrer Bestandsgebäude. Damit sie den Strom allen Mieterinnen und Mietern anbieten können, speisen sie diesen komplett ins Netz ein. Anschließend besteht die Möglichkeit, über einen Wohnungsgesellschaftstarif bei den Leipziger Stadtwerken diesen bilanziellen Grünstrom aus den eigenen Anlagen zu beziehen.

Ziel
Mieterinnen und Mietern regional erzeugten Strom aus dezentralen Anlagen anbieten

Ausführende und beteiligte
Partnerinnen und Partner
Leipziger Stadtwerke

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