11.07.2018 – Forschung

Strom direkt vom Erzeuger

  • Mithilfe eines Modelldorfs testet das Projektteam von "Empower Generations" sein Konzept. Fotos: Universität Oldenburg

Eine Revolution des Energiemarktes – nicht mehr und nicht weniger ist das Ziel des Projektes „Empower Generations“. Oldenburger Wirtschaftsinformatiker entwickeln eine Technologie, mit der kleine Stromerzeuger ihre Überschüsse direkt verkaufen können

Stromhandel ist eine komplizierte Sache. Deutsche Energieversorger kaufen und verkaufen Kontingente an der Strombörse EEX in Leipzig. Die Preise schwanken stark, manchmal innerhalb von wenigen Stunden um den Faktor zwei. Hausbesitzer mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach können bislang nicht von hohen Preisen zu Zeiten hoher Nachfrage profitieren: Sie müssen ihre Überschüsse zum relativ geringen Festpreis von knapp zwölf Cent pro Kilowattstunde ins Netz einspeisen.

Doch was wäre, wenn Besitzer von Photovoltaik-Anlagen, Windrädern oder Biogas-Anlagen den selbst produzierten Strom direkt verkaufen könnten – am besten an Nachbarn oder Betriebe in der Umgebung? „Man bräuchte keinen Energieversorger als Zwischenhändler mehr, und alle Beteiligten würden Geld sparen“, sagt Stefan Wunderlich.

Direkter Energiehandel im Mini-Musterdorf

Der Wirtschaftsinformatiker leitet das Projekt Empower Generations, das noch bis Ende des Jahres an der Universität in der Abteilung Wirtschaftsinformatik (Very Large Business Applications) läuft, die Prof. Dr. Jorge Marx Gómez leitet. Zwölf Studierende sowie Entwickler vom Oldenburger Software-Unternehmen the peak lab untersuchen in einer Machbarkeitsstudie, welche Infrastruktur man bräuchte, um den direkten Energiehandel zu verwirklichen.

Das Team hat auf einer rund 80 Zentimeter mal ein Meter großen Platte ein Modell aufgebaut, um das Konzept in kleinem Maßstab zu testen. In diesem Mini-Musterdorf gibt es verschiedene Strom-Erzeuger, etwa Wohnhäuser mit Photovoltaik-Anlagen, eine Biogas-Anlage und Windräder. Zu den Verbrauchern gehören vor allem Eigenheime. Die Idee dahinter: Ähnliche Verbünde aus Verbrauchern und Erzeugern könnten in Zukunft Insel-Stromnetze bilden, innerhalb derer die regenerativ erzeugte Elektrizität gehandelt wird. Die Oldenburger Wirtschaftsinformatiker haben bereits eine Software entwickelt, die Verbrauch und Produktion erfasst und alle Transaktionen in einer dezentralen Datenbank speichert. Das Programm ermittelt außerdem den Strompreis und teilt den Verbrauchern Kontingente zu.

Blockchain-Technologie für Transparenz und Rechtssicherheit

Damit das funktioniert, befinden sich unter jedem Gebäude in dem Modelldorf kleine Einplatinen-Computer mit der Software, die untereinander vernetzt sind. In der Realität müsste jedes Haus außerdem mit einem intelligenten Stromzähler ausgestattet sein, der Daten senden und empfangen kann. Wichtig ist auch die Datenbank, in der erzeugte und verbrauchte, gekaufte und verkaufte Strommengen zusammen mit der Uhrzeit und dem erzielten Preis gespeichert werden – und zwar transparent und gleichzeitig rechtssicher. „Dafür brauchen wir die Blockchain-Technologie“, erläutert Marx Gómez.

Hinter dem Schlagwort „Blockchain“, das durch die Online-Währung Bitcoin bekannt geworden ist, verbirgt sich ein geniales Prinzip: Auf Datenbanken, die nach diesem Prinzip aufgebaut sind, können zahlreiche Nutzer zugreifen, dennoch werden die Daten dort fälschungssicher aufbewahrt. Solche Datenbanken bestehen aus sogenannten Blöcken, die wie in einer Kette aneinandergereiht werden – es kommt beispielsweise jede Viertelstunde ein neuer Block hinzu. Darin befindet sich ein Datensatz, der alle Transaktionen enthält, die innerhalb der Viertelstunde stattgefunden haben. Das Besondere daran: Aus allen Daten in einem Block wird mittels eines kryptografischen Verfahrens eine charakteristische Prüfsumme erzeugt, die mathematisch eindeutig von den Daten abhängt. Diese Zahl fließt wiederum in die Daten des nächsten Blocks und in dessen Prüfsumme ein. Auf diese Art sind die Daten aller Blöcke miteinander verkettet. Verändert jemand auch nur eine Zahl in einem älteren Datensatz, schlägt das System Alarm, da die Prüfsumme dann nicht mehr mit den Folgeblöcken übereinstimmt. Weil die Rechenvorschriften hochkomplex sind, ist es kaum möglich, Daten zu manipulieren. „Die Struktur der Blockchain stellt sicher, dass im Nachhinein nichts verändert werden kann“, betont Wunderlich.

Netz auf einige hundert Teilnehmer begrenzt

Eine Einschränkung gibt es freilich: Die Komplexität der mathematischen Operationen steigt drastisch an, je mehr Daten es gibt. „Man kann unser Programm daher nicht beliebig hochskalieren“, sagt Wunderlich. Für Empower Generations bedeutet das: Die Insel-Netzwerke, innerhalb derer Elektrizität gehandelt werden kann, sind auf einige hundert Teilnehmer begrenzt. Nach Meinung des Teams ist das aber kein Problem: Viele Fachleute nehmen an, dass sich das Stromnetz der Zukunft in zahlreiche Teil-Netze gliedern wird, die wiederum an ein zentrales Netz angeschlossen sind.

Auf der Digitalmesse CEBIT in Hannover präsentierten die Oldenburger Mitte Juni das Modell und den derzeitigen Projektstand. „Wir haben einen Prototyp, der auf Hard- und Software-Ebene gut entwickelt ist“, beschreibt Wunderlich den Status Quo. Das Zusammenspiel zwischen intelligenten Stromzählern, Mini-Computern und der Software funktioniere bereits gut. Das Team hat außerdem eine mobile App entwickelt, mit der beispielsweise Besitzer eines Eigenheims die Stromproduktion ihrer Solaranlage, den Verbrauch und aktuellen Preis im Blick behalten können. „Diese App ist besonders für Nutzer gedacht, die ihren Energieverbrauch genau kontrollieren wollen“, sagt Wunderlich.

Er und seine Kollegen arbeiten nun zum einen daran, das Modell zu erweitern – und auch etwa Strom-Tankstellen für Elektroautos zu simulieren. Zum anderen geht es darum, den Prognose-Algorithmus zu verbessern. „Aktuell plant unsere Software die Versorgung einen Tag im Voraus im Viertelstundentakt“, berichtet Wunderlich. Man brauche dabei genau genommen zwei Prognosen: eine der Erzeugung und eine des Verbrauchs.

Gute Wettervorhersage gefragt

Um zu ermitteln, wieviel Strom die vorhandenen Erzeuger am kommenden Tag produzieren werden, ist bei erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarstrom vor allem eine gute Wettervorhersage gefragt. Prognosen des Verbrauchs können Algorithmen am besten anhand vorhandener Daten ermitteln. Das Team von Empower Generations nutzt derzeit einen frei verfügbaren Datensatz aus Irland, um das Programm zu trainieren, hofft aber, demnächst auch Daten von einigen hundert Haushalten aus der hiesigen Region zu bekommen – natürlich anonymisiert. „Um eine hohe Prognosegüte zu erhalten, braucht man exakte und detaillierte Daten, daran hapert es bei uns derzeit noch“, so Wunderlich.

Die Resonanz auf der CEBIT war so gut, dass die Projektgruppe zuversichtlich in die Zukunft blickt und nach Projektende weitere Drittmittel einwerben will. Stefan Wunderlich ist sicher: „In 15 bis 20 Jahren wird jeder zu Hause erneuerbare Energien einsetzen. Die Frage ist nur, wie dann der Markt aussieht.“ Wenn es nach ihm geht, kann jeder Solaranlagenbesitzer dann an sonnigen Tagen automatisch ein paar Kilowattstunden an seinen Nachbarn verkaufen – zum optimalen Preis.


 

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Kontakt

Stefan Wunderlich
Department für Informatik
Tel: 0441/798-4475
stefan.wunderlich(at)uol.de