NESO, der nationale Energiesystembetreiber Großbritanniens, ist für den Ausgleich von Stromangebot und -nachfrage im Hochspannungsnetz zuständig. Wie andere Netzbetreiber auf der ganzen Welt hat auch NESO die strukturellen und betrieblichen Herausforderungen erkannt, die sich aus dem Übergang zu einem Netto-Null-Energiesystem (und einer Frist bis 2030) ergeben.

Bestehende Methoden zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage werden mit der Zunahme erneuerbarer Energien und dezentraler Energieressourcen (DERs) Probleme bekommen. Dem heutigen britischen Energiesystem mangelt es an einer durchgängigen digitalen Managementfähigkeit - es ist ein Flickenteppich aus Altsystemen, Technologieebenen, Anbieterkomplexität und inkompatiblen Standards.

Um hier Abhilfe zu schaffen, führt die NESO das sektorweite virtuelle Energiesystem an, um den Datenaustausch, datengestützte Entscheidungen und die Überwachung des gesamten Systems zu fördern, betriebliche Optimierungen zu ermöglichen und gleichzeitig ein effizientes und zuverlässiges Energiesystem für die Zukunft zu gewährleisten.

Seit 2021 unterstützt Arup in Zusammenarbeit mit dem Energy Systems Catapult und Icebreaker One das Programm durch Forschung, Design und Entwicklung sowie durch strategische Programmleitung und Programmmanagement.

Arup hilft NESO dabei, die weltweit erste digitale Nachbildung des Energienetzes eines Landes zu erstellen - im Wesentlichen die Entwicklung eines digitalen Echtzeitmodells des gesamten physischen Systems des Vereinigten Königreichs.

Ein Rahmen für ein digitalisiertes Energiesystem

Unsere Arbeit begann auf der organisatorischen Ebene und konzentrierte sich auf einen Rahmen, der diesen groß angelegten Wandel vorantreiben könnte. Durch Forschung, Expertenbefragungen und umfangreiche branchenweite Gespräche haben wir einen "gemeinsamen Rahmen" entwickelt, der 14 soziotechnische Schlüsselfaktoren für Menschen, Prozesse, Daten und Technologie identifiziert, die für die Realisierung des virtuellen Energiesystems der NESO entscheidend sind. Das Ergebnis ist ein Weg zur gemeinsamen Entwicklung der Governance, der Datenstandards, der Zugangsrichtlinien, der Sicherheit, der Fähigkeiten und der breiteren Unterstützung, die erforderlich sind, um das Spektrum der Anwendungsfälle, die ein funktionierendes virtuelles Energiesystem ausmachen, effizient umzusetzen.

Project
Machbarkeitsstudie zur digitalen Wirbelsäule
Electricity transmission towers with orange glowing wires in the night sky

Bei dieser Arbeit wurde auch deutlich, dass die täglichen betrieblichen Erkenntnisse und die Zukunftsplanung, von denen das System abhängt - wie z. B. der Standort und die Veränderung von Angebot und Nachfrage -, in zunehmendem Maße von einer gemeinsamen, branchenweiten Infrastruktur für den Datenaustausch abhängen werden (ein Konzept, das von der Digital Spine Feasibility Study, einem vom DESNZ geförderten Projekt, unterstützt wurde).

Den Weg für eine Netto-Null-Energie-Zukunft ebnen

In Zukunft wird das Energiesystem große Mengen an kohlenstoffarmer und erneuerbarer Energie integrieren müssen, was die Komplexität des Netzes in Bezug auf Anlagen, Interaktionen, Versorgungsmanagement und andere Vorgänge weiter erhöht. Die Digitalisierung und Integration dieser dezentralen Energieressourcen (DER) wird die Arbeitsweise der NESO grundlegend verändern, was sich auf den gesamten Sektor auswirken wird.

Das Programm für ein virtuelles Energiesystem ist eine Antwort auf diesen sich verändernden Energiemix und gewährleistet, dass die NESO ein sicheres, zuverlässiges und erschwingliches Elektrizitätssystem betreiben kann, während sie gleichzeitig den Übergang zu einem grüneren und effizienteren System für künftige Generationen unterstützt.

Datenstandards

Von Netzmodellen bis hin zu Nutzungsmustern der Verbraucher hat der Energiesektor mit einer beträchtlichen und wachsenden Menge an Daten aus den Bereichen Betrieb, Wartung, Forschung, Wirtschaft und anderen Bereichen zu kämpfen. In diesem komplexen Netz von Systemen werden Daten nach den jeweils bevorzugten Standards ausgetauscht und gemeinsam genutzt. In dem Maße, wie diese Datenbeschaffung und -komplexität zunimmt, wird es für das Energiesystem schwieriger, sie zu interpretieren und die notwendigen betrieblichen Erkenntnisse zu gewinnen. Gemeinsame Normen, die die Interoperabilität von Systemen und Diensten ermöglichen, sind von dringender Bedeutung.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, definierte Arup den sektorweiten Datenbedarf und die Anforderungen zur Erleichterung der Interoperabilität sowohl innerhalb als auch zwischen den Sektoren.

Entwurf der Lösungsarchitektur

Der Bedarf an einer Infrastruktur für die gemeinsame Nutzung von Daten war klar, aber die Umsetzung ist eine komplexe Aufgabe. Unser Ansatz bestand darin, zunächst eine konzeptionelle technische Architektur zu entwickeln. Diese Architektur erweckte das Konzept zum Leben, indem sie den Weg des Benutzers, die Schlüsselkomponenten, ihre Interaktionen und die Art und Weise, wie sie die identifizierten und zukünftigen Anwendungsfälle unterstützen würden, veranschaulichte.

Dieser Teil des Programms baute auf unserer früheren Arbeit an der Digital Spine Feasibility Study auf, einem vom britischen Ministerium für Energiesicherheit und Net Zero geförderten Projekt.

Anhörung der Industriepartner

Submarket
Digitale Energie
Illustration of a digital energy network

Der Übergang zu einem digitalen Energiesystem stellt für die Energiewirtschaft eine große Umstellung dar. Daher war es uns wichtig, bei der Entwicklung des virtuellen Energiesystems einen nutzerzentrierten und integrativen Ansatz zu verfolgen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn innovative Technologien und ungewohnte Arbeitsweisen, die für ein solches neues System von zentraler Bedeutung sind, von den Partnern in der Branche in dem erforderlichen Tempo unterstützt und übernommen werden sollen.

Die Anreize für den Wandel müssen klar und verständlich sein. Deshalb haben wir uns mit Interessenvertretern aus dem gesamten Energiesektor zusammengesetzt, um hochwertige Anwendungsfälle zu definieren und kritische Herausforderungen anzugehen, was zur Schaffung eines "gemeinsamen Rahmens" führte.

Wir haben viele wertvolle Rückmeldungen von Akteuren aus der Branche erhalten, die wiederum die Vision der NESO für das virtuelle Energiesystem gestärkt und verfeinert haben und es zu einer gemeinsamen, branchenweiten Priorität gemacht haben. Die von uns gemeinsam ermittelten Anwendungsfälle werden nun als Grundlage für die ersten Iterationen des Systems dienen, wobei weitere Beiträge aus dem Sektor zu einem lebendigen Ökosystem miteinander verbundener digitaler Zwillinge führen werden.

Arup hat uns geholfen zu verstehen, wie wir ein Ökosystem von vernetzten digitalen Zwillingen des gesamten Energiesystems und den gemeinsamen soziotechnischen Rahmen entwickeln können, der dies ermöglicht. Das Programm "Virtuelles Energiesystem" wird es dem Sektor ermöglichen, den Betrieb des Systems zu rationalisieren, die Entscheidungsfindung zu erleichtern und letztlich den Übergang zu einem Netto-Nullenergieverbrauch zu unterstützen.

Carolina Tortora

Leiter der Innovationsabteilung, Nationaler Energiesystembetreiber (NESO)