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Flexibilitäten bereitstellen und davon profitieren: So funktioniert die EnergiePlattform in Hamburg

Vermarktung und Handel mithilfe von Blockchain

Welchen Zweck hat die EnergiePlattform?

Sie dient dazu, dezentrale Flexibilitäten aus der Industrie besser zu nutzen. Das trägt zur Dekarbonisierung von Industrieprozessen bei, wenn statt auf Kohlestrom häufiger auf Strom aus erneuerbaren Energien zurückgegriffen wird. Wenn Erneuerbare in Zeiten, in denen zu viel Strom aus erneuerbaren Energien im Netz ist (Wind und Sonnenschein), ideal nutzbar gemacht werden, unterstützt das die Stabilität des Energiesystems und damit die Versorgungssicherheit.

Wie ist die Plattform aufgebaut?

Die EnergiePlattform (EP) kann technisch grob in zwei Ebenen unterteilt werden:

  • Zum einen gibt es eine Marktseite. Die EP ist eine marktbasierte Plattform, bei der sich auf einem freien Markt Angebot und Nachfrage finden. Auf der Plattform gibt es viele unterschiedliche Marktteilnehmer: Auf der einen Seite gibt es die Verbraucher. Dieses können Industrie-Prozesse, Power-to-X-Anlagen (etwa Power-to-Heat, Power-to-Gas), Virtuelle Kraftwerken oder auch einzelne Haushalte sein. Auf der anderen Seite stehen erneuerbare Energieerzeugungsanlagen.
  • Daneben verfügt die EnergiePlattform über eine Fernwirkseite. Diese beinhaltet das automatische Steuern von Anlagen. Sobald sich ein Angebot und eine Nachfrage auf der Marktseite finden, werden die Informationen aus dem Vertrag an die Fernwirkseite weitergegeben. Hinter jedem Angebot ist eine bestimmte Anlage hinterlegt. Aus dem Vertrag kann genau abgelesen werden, zu welcher Zeit, in welcher Höhe und durch welche Anlage Energie geliefert und Energie verbraucht wird.

Diese Funktionen werden durch das Softwarekonzept der Blockchain-Technologie unterstützt. Jeder Teilnehmer auf der Plattform ist gleichberechtigt und selbstverantwortlich. Dies bedeutet, dass es keinen Plattformbetreiber benötigt. Die Informationen werden in der Blockchain festgehalten und können zwischen den Vertragspartnern ausgetauscht werden. Mittels der Blockchain werden exakte Energiemengen zu jeder Zeit und in genauer Höhe nachverfolgt.

Neben dem technischen Aufbau bringt die EnergiePlattform noch weitere Besonderheiten mit. Auf der EP kann man seinem Strom eindeutige Merkmale mitgeben. Bislang kann nur angegeben werden, wann Strom geliefert werden soll (Zeit und Preis). Bei der EP hingegen kann der Strom mit weiteren Eigenschaften versehen werden, etwa der Qualität der Energie und welche Anlage den Strom liefert (Windenergie, Photovoltaik, Biogas). Des Weiteren kann die Region hinzugefügt werden. Diese Transparenz stärkt die Regionalität und die Verwertung der erzeugten Energie vor Ort. Ein großer Mehrwert bietet auch die genaue Kennzeichnung der Energiemengen, was die Dekarbonisierung vieler (Industrie-)Prozesse nachweislich unterstützt. Der Verbraucher hat die Möglichkeit, zeit-und mengenscharf nachweisen zu können, wo und wann die Energie bezogen wird. Auch weitere Eigenschaften wie der CO2-Gehalt oder die Stationen der Energie-Wertschöpfungskette (beispielswiese Speicher oder Power-to-X-Technologien) können kenntlich gemacht werden. 

Wie hilft die Plattform bei der Bereitstellung von Flexibilitäten aus Industrieprozessen?

Das Konzept der EnergiePlattform hat die Fähigkeit, Flexibilitäten aus Anlagen zu identifizieren und so natürliche Flexibilitäten nutzbar zu machen. Man stelle sich ein großes Produktionsunternehmen vor, das einen konstanten Strombezug im Voraus angibt/einkauft. Oft geschehen diese Handelsgeschäfte sehr langfristig. Für den Produktionsprozess wird allerdings nicht zu jeder Zeit die gleiche Energie benötigt. Der tatsächliche Energieverbrauch ergibt sich erst kurzfristig aus dem realen Produktionsprozess. Dieser ist oft nicht immer vollständig im Voraus prognostizierbar.

Die EP demonstriert durch kleinere Energieprodukte und eine viel kurzfristigere Handelsmöglichkeit das Potential der genaueren Übereinstimmung von tatsächlichem Verbrauch und der Netzauslastung. Heute basiert das Energiesystem auf Viertelstunden-Intervallen. Der kürzeste Lieferzeitraum, der heute auf dem Energiemarkt gehandelt wird, beträgt also 15 Minuten. Auf der EP wird gezeigt, dass es technisch möglich ist, auch kleinere Intervalle, wie beispielsweise Minutenprodukte zu handeln und zu regeln. Hierbei wird insbesondere auf industrielle Produktionsprozesse geachtet, die einen signifikanten Einfluss auf die Netzsituation haben. Jede Abweichung ihres prognostizierten Verbrauchs wird teuer bewertet. Dies erklärt die Motivation auf die derzeitige Netzsituation zu achten und sich kurzfristig mit Hilfe von zusätzlich installierten Vorrichtungen (etwa Messtechnik) Anpassungen vorzunehmen. Eine Möglichkeit der Anpassung wäre der kurzfristige Handel von Energiemengen.

Zudem findet man vermehrt Industrieunternehmen, die ihre Prozesse durch gewisse Einrichtungen und Ertüchtigungen der Anlagen für die Bereitstellung von Flexibilität ausbauen. Dadurch kann ein Betrieb durch technische Gegebenheiten Flexibilitäten anbieten, indem er kurzfristig mehr Energie aufnimmt oder abgibt.

Wie wird auf der Plattform gehandelt?/ wie läuft ein Handel ab?

Man stelle sich zum Beispiel eine Windenergieanlage im Hamburger Hafen vor. Für die Windenergieanlagen wird im Vorfeld angegeben, zu welcher Zeit und in welcher Höhe die Anlage Strom produzieren wird. Jetzt weht der Wind an diesem Tag aber stärker als vorher prognostiziert. Die Prognose weicht somit von der tatsächlichen Stromproduktion ab. Diese Abweichung wird „bestraft“ und die Anlage muss für diesen Prognosefehler zahlen. Dieses erfolgt durch den vom Markt vorgegebenen „Ausgleichsenergie“-Vorgang, da ja jemand anderes die Abweichung ausgleichen musste.

An dieser Stelle kommt die EP ins Spiel. Die kurzfristig eintretende Überproduktion wird nun auf der EP vermarktet. Dem Energieangebot auf der Plattform werden Region und Qualität hinzugefügt. Jetzt kommt die Verbraucherseite ins Spiel: Ein Stadtwerk betreibt Smart Meter mit Steuerboxen in den Haushalten ihrer Kunden. Mittels dieser Smart Meter haben Haushalte die Möglichkeit, Flexibilitäten anzubieten. Ziel der Kunden ist es, grünen Strom aus erneuerbaren Energien günstig einzukaufen. Sprich immer dann, wenn zu viel Strom aus erneuerbaren Energien im Netz ist, kaufen diese flexiblen Haushalte Strom. Kunden können in den Zeiten günstigeren Strom durch flexible Stromtarife beziehen und laden beispielsweise ihr Elektroauto oder waschen ihre Wäsche.

Und jetzt hilft wieder die EnergiePlattform: Mithilfe einer softwarebasierten Strategie überprüfen die Smart Meter, ob jemand auf der EnergiePlattform grüne, regionale Energie anbietet. Bei dieser Prüfung trifft der Smart Meter auf das Angebot der Windenergieanlage aus dem Hafen. Automatisch wird ein Handel geschlossen und in Echtzeit die Smart Meter-Steuerboxen geschaltet. Die Haushalte können nun ihr Elektroauto mit grünem Strom aus dem Hamburger Hafen beladen und dieses nachweislich, da alle Vorgänge unveränderlich auf der Blockchain der EnergiePlattform dokumentiert werden.

Welche Projektpartner sind beteiligt?

Die EnergiePlattform wird in enger Zusammenarbeit mit mehr als zehn Partnern aus dem NEW 4.0-Konsortium entwickelt. Federführend ist dabei Hamburg Energie. Die Arbeitsgruppe setzt sich aus Unternehmen aus den Bereichen Software, Industrie mit Pilot-Anlagen, Stadtwerken und wissenschaftlichen Institutionen zusammen. Eine so gelungene Zusammenarbeit ist nur mit sehr engagierten und visionär-denkenden Partnern möglich. Folgende Partner sind maßgeblich an der Weiterentwicklung der EP beteiligt: Hamburg Energie, Ponton, Trimet Aluminium, Stadtwerke Flensburg, ArcelorMittal Hamburg, Stadtwerke Norderstedt, Nordex, Universität Hamburg, HAW Hamburg, Stiftung Umweltenergierecht

Welches Ziel verfolgen die Projektpartner mit der EnergiePlattform?

Das übergeordnete Ziel wird es sein, aus den gewonnen Erkenntnisse derzeitige regulatorische und technische Hemmnisse aufzuzeigen. Darüber hinaus werden regulatorische Empfehlungen für das künftige Energiesystem ausgesprochen. Im Fokus dazu stehen die vier Punkte Versorgungssicherheit, Dekarbonisierung, Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz sowie die Steigerung der Selbstverwertungsquote in der Modellregion.

Quelle: Kaja Juulsgaard, Hamburg Energie

Kaja Juulsgaard

Hamburg Energie
Forschung und Entwicklung, Smart Grid und Smart Market

Deike Haase

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
Öffentlichkeitsarbeit & Akzeptanzförderung NEW 4.0