Energieoptimierung und Integration von VNB-Signalen nach § 14a EnWG

Da der überarbeitete Paragraph direkte Auswirkungen auf die Art und Weise hat, wie Haushalte ihren Energieverbrauch und ihre Kosten verwalten, haben wir uns bei gridX mit voller Kraft in diese Verordnung gestürzt, um sie zu entschlüsseln, zu verstehen und schließlich zu übernehmen. Auf diese Weise stellen wir sicher, dass unser Energiemanagementsystem (EMS) das tut, was es am besten kann: flexibel, skalierbar und anpassungsfähig bleiben. So entstand unser Grid Signal Processor.

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Aber wie genau hebt sich unser Grid Signal Processor von der Masse ab? Was macht gridX zum Mittelpunkt der § 14a-Schlagwortwolke? Ziemlich simpel: lokale Optimierung und Kompensation.

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Lies weiter, um zu erfahren, was es damit auf sich hat.

Wie § 14a mit Front-of-the-Meter und Behind-the-Meter arbeitet

In einem Energiesystem beschreibt „Front-of-the-Meter“ (vor dem Zähler) alles, was auf der Versorgungs- oder Netzseite eines Stromzählers stattfindet. Diese Prozesse werden von Versorgungs- oder Netzbetreibern verwaltet, um die Zuverlässigkeit und Effizienz des Systems zu gewährleisten. Sie beinhalten Vorhersagen, Monitoring und das Senden von Steuersignalen durch einen Verteilnetzbetreiber (VNB). Im Gegensatz dazu bezieht sich „Behind-the-Meter“ (hinter dem Zähler) auf alle Aktivitäten,  die sich auf der Kundenseite des Zählers befinden. Sobald diese Signale den smarten Zähler (Smart Meter) erreichen, verlagert sich der Prozess in den Bereich hinter dem Zähler. Dort finden dann die kundenseitigen Implementierungen und Anpassungen statt.

Der Steuerungseingriff nach § 14a beginnt vor dem Zähler mit dem VNB. Hier überwacht und verwaltet der Verteilernetzbetreiber die Netzlast und -stabilität, um potenzielle Probleme im Niederspannungsnetz zu antizipieren oder zu beheben. Der derzeitige Status quo ist die präventive Steuerung, d. h. die ausschließliche Verwendung von Prognosen und Statistiken, um mögliche Netzüberlastungen zu erkennen und die Anlagen auf der Grundlage dieser Informationen zu steuern und/oder zu dimmen. Im Wesentlichen wird gesteuert, wenn ein „Engpass“ im Netz wahrscheinlich ist. Um in Zukunft eine genauere und effizientere Steuerung zu ermöglichen – die so genannte dynamische (auch netzorientierte) Steuerung auf der Grundlage der Echtzeitbelastung des Netzes – müssen die VNB zunächst ihre Infrastruktur digitalisieren. Dies ist ein kosten- und zeitintensiver Prozess, auf den sie aber in den kommenden Jahren hinarbeiten müssen. Je nach Methode, die sie anwenden können, legen die VNB auf der Grundlage dieser Prognosen und/oder der Netzlastmessung Begrenzungen für den Energieverbrauch oder die Erzeugung fest, um die Stabilität des Netzes zu gewährleisten und Überlastungen zu vermeiden.

Sobald der VNB die notwendigen Limitierung beschlossen hat, sendet er ein Begrenzungssignal aus. Dieses Signal wandert durch die Infrastruktur des Versorgungsunternehmens und erreicht den bei den Kund:innen installierten intelligenten Zähler, wodurch sich die Aktivität dann hinter den Zähler verlagert. Da die Einführung von smarten Zählern in Deutschland nur langsam voranschreitet, können die VNB als Übergangslösung auch einen Rundsteuerempfänger installieren. Diese Geräte fungieren als Türöffner zwischen den Energieversorgern und Netzbetreibern auf der einen und den einzelnen Haushalten auf der anderen Seite.

Bei „geöffneter Tür“ wird das Signal zur Einschränkung des Stromverbrauchs im Haushalt empfangen. Das Signal kommt am Gateway des intelligenten Zählers (Smart-Meter-Gateway) an und wird dann an den Schaltkasten weitergeleitet, an den die Anlagen angeschlossen sind. Die Hauseigentümer:innen sind dann dafür verantwortlich, die § 14a-Kompatibilität zu gewährleisten. Beispielsweise durch die Kombination mit einer Energiemanagement-Lösung.

Die Tür steht offen. Was nun? 

Die Steuerung kann dann über digitale oder analoge Schnittstellen erfolgen – wobei eine Variante das weitaus größere Potenzial aufweist. 

Eine Steuerung über analoge Oberflächen, beispielsweise durch Relais, beinhaltet weniger zukunftssichere Prozesse und ist im Gegensatz zu digitalen Schnittstellen aufwändiger zu realisieren. Zudem lässt sich die Leistung der Anlage nicht stufenlos regeln. Das bedeutet, dass das Steuersystem die Ausgänge nicht stufenlos einstellen kann und stattdessen zwischen einer begrenzten Anzahl von bereits vordefinierten Zuständen und Pegeln umschaltet. 

Ein § 14a-Steuersignal könnte beispielsweise dazu führen, dass eine steuerbare Energieanlage vollständig abgeschaltet wird, weil die gewünschten Leistungswerte nicht eingehalten werden können. Und verweist stattdessen auf die nächste verfügbare Einstellung (zum Beispiel 0 Kilowatt, kW).

Sollte jedoch ein § 14a-konformes Signal Verbrauchseinschränkungen festlegen, ermöglicht eine digitale Schnittstelle präzise Dimm- und Steuerungsvorgänge, bei denen das EMS einen lokale Ausgleich durch Einbindung lokaler Energieerzeugung (Photovoltaik, PV, oder Batterien) zum Ausgleich des Netzverbrauchs nutzen kann. Neben der Aufrechterhaltung der wesentlichen Funktionen wird so die Energienutzung innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte optimiert.

In der Praxis kann das so aussehen: Der Verbrauch wird auf 9 Kilowattstunden (kWh) oder weniger über einen Zeitraum von zwei Stunden begrenzt, während Anlagenbesitzer:innen ihr Elektrofahrzeug (EV) mit 11 kWh aufladen, die Wärmepumpe mit 5,6 kWh arbeitet und die PV-Anlage 10 kWh produziert. Damit können 7,6 kWh als Ausgleich der Begrenzung genutzt werden, während die verbleibenden 2,4 kWh für das Laden der Batterie genutzt werden. Ohne diese Kompensation kann sich die Ladezeit des Autos verlängern oder die Temperaturregelung innerhalb eines Raumes wird ineffizient. Das kann wiederum zu höheren Betriebskosten und einer leistungsschwachen Energienutzung führen. 

Wie können lokale Optimierung und Kompensation helfen?

Da § 14a die Netzbetreiber dazu auffordert, die Last der definierten steuerbaren Verbrauchsanlagen zu überwachen, um ein stabiles und leistungsfähiges Netz zu gewährleisten, müssen die Steuersignale, wie wir bereits gelernt haben, nun auch von den Betreibern ausgegeben werden. Um so Anlagenbesitzer:innen Komfort und keine Einbußungen zu bieten. Und genau hier kommen die lokale Kompensation und Optimierung ins Spiel:

Lokale Optimierung

Wer sich für die § 14a-Kompatibilität entscheidet, spart Geld. Aber nur mit einer fortschrittlichen Lösung können Endnutzer:innen einem Komfortverlust vorbeugen. Mit einem EMS können Nutzer:innen zum Beispiel Prioritäten setzen, wohin die verfügbare Energie fließen soll – zuerst in die Wallbox, dann in die Wärmepumpe und zuletzt in die Batterie. Dadurch wird sichergestellt, dass die EV-Fahrer:innen immer noch dorthin ankommen, wo sie hin wollen, während gleichzeitig der Verbrauch im Haushalt gemäß § 14a gedrosselt wird.

Lokale Kompensation

Die lokale Kompensation ermöglicht es dem EMS, die lokale Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen zu nutzen, um netzbedingte Verbrauchseinschränkungen auszugleichen. Wenn der Netzbetreiber ein Dimmsignal sendet, nutzt das EMS einen Kompensationsmechanismus, um auf lokal erzeugte Energie zuzugreifen. Mit dieser können Einschränkungen ausgeglichen werden, ohne den im Signal angegebenen Grenzwert zu überschreiten. Beispielsweise könnte die in der Batterie gespeicherte Energie genutzt werden, um die Heizung im Haus auf dem gewünschten Niveau zu halten, wenn der Verbrauch an einem Winterabend gering ist. 

Das EMS steuert also auf intelligente Weise den Energieverbrauch und die -erzeugung, um sicherzustellen, dass die vorgegebenen Signale immer übereinstimmen. Gleichzeitig werden Kosten, Komfort und Effizienz optimiert. Auf diese Weise können die Nutzer:innen von geringeren Netzentgelten profitieren, ohne dass sie gezwungen sind, ihr Verhalten oder ihre Gewohnheiten drastisch zu ändern. 

Volle Transparenz und nahtlose Interaktion

Auch wenn die lokale Optimierung und Kompensation Endverbraucher:innen entlastet, ist es dennoch wichtig, dass sie die automatischen Prozesse in ihrem Haus verstehen. Hier kommen die zahlreichen Funktionen des Grid Signal Processors zum Tragen, die volle Transparenz garantieren. Push-Benachrichtigungen informieren die Nutzer:innen in Echtzeit über alle Steuerungsaktionen oder -änderungen, während die visuellen Auswirkungen einen Einblick in die potenziellen Auswirkungen der Notdimmung auf Energieverbrauch und Komfort geben. 

Eine weitere wichtige Funktion ist die Protokollzuordnung, die durch die Übersetzung verschiedener Kommunikationsprotokolle eine nahtlose Kommunikation zwischen verschiedenen Anlagen und Systemen gewährleistet. Zwar ist sie eine Kernfunktion jedes fortschrittlichen Energiemanagementsystems, gewinnt aber noch mehr an Bedeutung, wenn es darum geht, die Optimierungslogik zwischen den Anlagen in einem Haushalt und zwischen dem Haushalt und dem Netz zu steuern. Der Grid Signal Processor bietet zudem eine detaillierte Dokumentation von Steuerungseingriffen, einschließlich Steuerungs- und Dimmaktionen. Und ermöglicht so eine gründliche Nachverfolgung und Analyse, sowohl für Energieunternehmen als auch für Endkund:innen. Letztlich ermöglicht der Grid Signal Processor einen reibungslosen Übergang zwischen diversen Betriebszuständen und stellt sicher, dass die Übergänge ohne nennenswerte Unterbrechung der täglichen Routine der Benutzer:innen oder der Systemleistung gelöst werden.

Schlussfolgerung: gridX und § 14a – eine wunderbares Paar

Es ist klar, dass nicht alle § 14a-konformen Lösungen gleich sind. Reduzierte Netzentgelte sind nur der erste Schritt einer ganzheitlichen Optimierung, die einen lokalen Ausgleich ermöglicht. Sie ermöglichen vollständige Transparenz und maximieren die Vorteile von § 14a in einem Home-Energy-Management-System (HEMS). Doch das ist noch nicht alles. Die § 14a-Konformität ist nur eine kostensparende, energieeffiziente Lösung, die den Endverbraucher:innen Vorteile bringt. Um das volle Einsparungspotential auszuschöpfen, bietet es sich an, weitere zukunftssichere Lösungen zu kombinieren. Das können Module zur Autarkie-optimierung sein, dynamische Stromtarife oder Flexibilitäts-Dienstleistungen. gridX-Partner können die gridBox in den Häusern ihrer Kund:innen installieren und von einer anpassungsfähigen und zukunftssicheren Lösung profitieren, die mit fast allen Anlagen und Protokollen konform ist. Gemäß unserem Konzept des Value Stacking ist das Grid-Signal-Processor-Modul, insbesondere mit der lokalen Optimierung und Kompensation, ein weiterer „Baustein“ dezentraler Energieressourcen, den unsere Partner in ihr Produktangebot aufnehmen können.