CoupleIT! – Digitalisierte Kopplung des Strom- und Gasnetzes

Im Rahmen der Energiewende sollen die Emissionen von Treibhausgasen minimiert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, einen immer weiter steigenden Anteil der benötigten Energiemenge aus regenerativen Quellen zu erzeugen. Aufgrund der zeitlichen Diskrepanz zwischen Energieerzeugung und -verbrauch ist es unumgänglich, Speichermöglichkeiten für erzeugte Energie bereitzustellen. Für den Erfolg dieser Strategie sind Konzepte notwendig, die eine Flexibilität zur Speicherung und Bereitstellung regenerativ erzeugter Energie aufweisen. Im Rahmen der »Nationalen Wasserstoffstrategie« der Bundesregierung nimmt Wasserstoff hierbei eine Schlüsselrolle ein. Wasserstoff findet sowohl in zahlreichen industriellen Prozessen als auch im Mobilitätssektor als Energiespeicher und -träger Verwendung.

Wasserstoff bietet die Möglichkeit, regenerativ erzeugte elektrische Energie über den Weg der Wasserelektrolyse als chemische Energie zu speichern (»Power-to-Gas«). Bei Bedarf an elektrischer Energie kann Wasserstoff über den Weg der Brennstoffzelle rückverstromt werden (»Gas-to-Power«). Bei Bedarf an Wärmeenergie kann Wasserstoff direkt verbrannt werden, entweder in reiner Form oder als Beimischung zu Erdgas.

Projektlaufzeit: 01.01.2021 bis 31.12.2024

Um die für die Versorgungssicherheit notwendige flexible Kopplung und kombinierte Steuerung und Regelung der Sektoren Strom, Gas, Wärme und Verkehr zu ermöglichen, ist eine durchgehende Digitalisierung der Energie- und Stoffströme erforderlich. Bei gekoppelten Netzstrukturen bedarf es intelligenter digitaler Leitsysteme und Regelalgorithmen, um den komplizierten Anforderungen der bestehenden Teilnetze, sowie deren Verbrauchern gerecht zu werden. Daher kommt im Rahmen der Sektorenkopplung der Dynamik derartiger Anlagen, also der Fähigkeit, auf Änderungen im Strom- oder Gasnetz zu reagieren, eine besondere Bedeutung zu. Erstrebenswert ist daher eine sehr schnelle, direkt wirkende digitale Regelbarkeit derartiger Anlagen im Millisekundenbereich, da das Stromnetz in diesem Zeitbereich agiert. Um eine solch schnelle Regelung zu realisieren, bedarf es einer entsprechenden neuartigen, durchgehend digitalen Ansteuerung der Anlagen. Im Zuge des Projektes »IT-gestützte Sektorenkopplung – CoupleIT!« wird ein gekoppeltes Energiesystem, bestehend aus Wasserstoff- und Strominselnetz, zur integrierten Betrachtung errichtet. Dabei werden Forschungsfragen zum transienten und dynamischen Verhalten der Teilnetze und zu deren Kopplung untersucht. Die Schnittstelle zwischen Wasserstoff- und Strominselnetz bildet dabei ein REDIBEL (Reversibel Digital gekoppelte Brennstoffzelle und Elektrolyse)-System. Ein zentraler Teil des Projekts besteht in der Digitalisierung der hierfür notwendigen Regelanwendungen. Diese geschieht in Form eines Digitalen Zwillings des Systems, welcher sich äquivalent zum realen System verhält. Durch die hiermit geschaffene Möglichkeit zur Übertragbarkeit der Anwendungsmöglichkeiten auf weitere Energiesysteme entfaltet dieses Projekt seine Leuchtturmwirkung.