Moderne Netze brauchen kluge Steuerung – Reale Bedingungen im Labor nachgestellt

Im Projekt VITAL entsteht eine praxisnahe Testumgebung, mit der sich digitale Steuerungssysteme für flexible Stromverbraucher wie Elektroautos, Wärmepumpen oder Batteriespeicher unter realistischen Bedingungen erproben lassen. Ziel ist es, kritische Situationen im Stromnetz zu simulieren und Lösungen zur Netzstabilisierung frühzeitig auf den Prüfstand zu stellen.

Komplexe Energiewelt: Warum das Stromnetz an seine Grenzen kommt

Die Energiewende bringt Bewegung ins Stromnetz: Neben klassischen Energieversorgern speisen inzwischen auch Unternehmen und private Haushalte Strom aus Solaranlagen oder kleinen Windrädern ein. Klingt gut – hat aber einen Haken: Sonne und Wind halten sich nicht an Fahrpläne. Die Einspeisung schwankt stark, je nach Wetterlage. Gleichzeitig sorgen Elektroautos und Wärmepumpen für zusätzliche Belastung, vor allem in den Abendstunden.

Was also tun? Ein möglicher Hebel sind sogenannte Flexibilitäten. Gemeint ist damit die zeitliche Verschiebung von Stromverbrauch, Einspeisung oder Speicherung – zum Beispiel dann, wenn das E-Auto nicht sofort nach Feierabend, sondern nachts geladen wird, wenn weniger los ist im Netz. Auch Unternehmen können reagieren, indem sie Maschinen vorausschauend betreiben. Oder Speicher helfen, Strom zwischenzulagern und später wieder abzugeben.

Rechtlich hat sich hier 2024 einiges getan: Mit der Überarbeitung von Paragraf 14a im Energiewirtschaftsgesetz können Netzbetreiber den Verbrauch oder die Einspeisung in Spitzenzeiten gezielt regulieren. Wer dafür steuerbare Geräte und digitale Stromzähler (Smart Meter) nutzt, profitiert von einem niedrigeren Netzentgelt.

Warum man das echte Netz nicht zum Testfeld machen kann

Bevor solche Systeme breit eingesetzt werden, muss ihre Technik sitzen – und zwar hundertprozentig. Doch im realen Stromnetz lässt sich schlecht experimentieren: Ein Fehler kann gleich ein ganzes Viertel lahmlegen. Deshalb braucht es sichere Testräume.

Hier setzt VITAL an. Zwei Forschungseinrichtungen, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Informatikinstitut OFFIS, kombinieren ihre Labore zu einer virtuellen Testumgebung: Das DLR baut im Labor „NESTEC“ ein komplettes Stromnetz nach – mit Haushalten, Betrieben und allem, was dazugehört. Parallel dazu übernimmt das OFFIS-Labor „SESA“ die Rolle der digitalen Steuerungszentrale.

So entsteht eine Plattform, in der Netz, Steuerungssysteme und Verbrauchseinheiten perfekt zusammenspielen. Alle Prozesse laufen in Echtzeit ab, genau wie draußen im echten Netz – nur ohne Risiko.

Vom Überlastungstest bis zur Fehleranalyse

Gemeinsam mit dem Netzbetreiber EWE NETZ geht das Forschungsteam nun in die Praxis: Es wird bewusst eine Netzüberlastung herbeigeführt – ganz ohne Blitzeinschlag oder Stromausfall. Der von EWE entwickelte Netzregler soll dann eingreifen und den Stromverbrauch gezielt steuern – etwa indem Ladezeiten von Elektrofahrzeugen oder der Betrieb von Wärmepumpen angepasst werden.

Im Labor lässt sich anschließend analysieren, ob der Eingriff den gewünschten Effekt hatte: Wurde das Netz entlastet? Blieb es stabil? Funktionierte die Kommunikation fehlerfrei? Auch der Umgang mit Störungen wie Datenverlust oder verzögerten Signalen wird getestet – denn im echten Leben läuft schließlich selten alles glatt.

Technik, die im Takt laufen muss

Eine der größten Herausforderungen war laut DLR‑Experte Frank Schuldt, eine Schnittstelle zu entwickeln, die beide Labore so koppelt, dass Daten blitzschnell und synchron ausgetauscht werden. Nur so können Messwerte aus dem simulierten Netz direkt verarbeitet und passende Steuerbefehle in Echtzeit zurückgesendet werden.

Dabei greift das Team auf frühere Arbeiten aus dem „Zukunftslabor Energie“ zurück und bringt die Laborkopplung nun auf ein neues Niveau – mit höherer Präzision und schnelleren Reaktionszeiten.

Ein wichtiger Baustein für die Energiewende

Das Projekt zeigt, wie sich neue Steuerungssysteme ohne Risiko auf Herz und Nieren prüfen lassen. Netzbetreiber erhalten so die Möglichkeit, ihre Lösungen unter realistischen Bedingungen zu testen, Fehler zu erkennen und Optimierungen vorzunehmen – bevor es im echten Netz ernst wird.

Ein Schritt in Richtung smarter, flexibler Stromnetze, die auch dann stabil bleiben, wenn sich Sonne, Wind und Verbrauch gerade mal nicht absprechen wollen.