Die Energiewende verändert nicht nur die Erzeugung von Energie, sondern auch die Nutzung. Daher werden auch an die Verteilung neue Anforderungen gestellt. Das Teilprojekt Integrierte Netzplanung (iNeP) zeigt, wie auf diese Veränderungen reagiert werden kann und welchen Beitrag die Forschung der Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg dazu im Norddeutschen Reallabor geleistet hat.
Warum integrierte Netzplanung heute eine andere Perspektive braucht
Die Energiewende verändert nicht nur die Art, wie Energie erzeugt wird, sondern auch, wie sie verteilt und genutzt wird. Strom, Gas und Wärme lassen sich zunehmend nicht mehr getrennt betrachten: Wärmepumpen, Elektrolyseure oder Ladeinfrastruktur verbinden bislang getrennte Energiesysteme miteinander. Für die Netzplanung bedeutet das einen grundlegenden Perspektivwechsel.
Entscheidend ist dabei weniger allein die Frage, wie viel Energie insgesamt benötigt wird, sondern wo, wann und in welcher Form sie gebraucht wird. In Wohnquartieren entstehen neue Stromlasten durch Wärmepumpen oder private Ladeinfrastruktur, während sich in anderen Stadtteilen Nutzungen verschieben oder verdichten. Solche Veränderungen wirken sich unmittelbar auf die Belastung der Netze aus.
Für die Netzplanung bedeutet das: Es reicht nicht aus, einmal eine langfristige Prognose zu erstellen. Stattdessen müssen Annahmen regelmäßig überprüft und angepasst werden. Integrierte Netzplanung wird damit zu einem fortlaufenden Prozess, der auf neue Entwicklungen reagieren kann, zum Beispiel auf technologische Veränderungen oder veränderte Nutzungsstrukturen im Stadtraum.
Vor diesem Hintergrund wurde im Teilprojekt iNeP untersucht, wie sich Energieinfrastrukturen sektorübergreifend und zugleich regional differenziert planen lassen. iNeP ist Teil des Norddeutschen Reallabors, in dem Wissenschaft, Energiewirtschaft, Verwaltung und Industrie gemeinsam an Lösungsansätzen für eine klimaneutrale Energieversorgung arbeiten.
Hamburg nicht als Ganzes, sondern im Detail betrachten
Ein zentraler Beitrag der HSU/UniBw H bestand in der Entwicklung einer regionalisierten Beschreibung des Energiesystems Hamburg. Ausgangspunkt war die Frage, wie sich lokale Unterschiede systematisch erfassen lassen, ohne sich an bestehenden Netzgrenzen oder einzelnen Energieträgern zu orientieren.
Dafür wurde das Stadtgebiet in sogenannte neutrale Zonen unterteilt. Diese kleinräumigen Einheiten sind unabhängig von bestehenden Netzgebieten oder Energieträgern und beschreiben die lokale Infrastruktur anhand vielfältiger Merkmale, zum Beispiel als Gebäude, Gewerbeflächen, öffentliche Einrichtungen, Ladeinfrastruktur oder unterschiedliche Flächennutzungen. Je nach Fragestellung können verschiedene geografische Zuschnitte gewählt werden, darunter Stadtteile, statistische Gebiete sowie künstlich erzeugte Rasterflächen oder Hexagone. Entscheidend ist nicht ihre administrative Abgrenzung, sondern ihre Eignung, lokale Energiebedarfe und ‑potenziale abzubilden.
Auf dieser Grundlage lassen sich unter anderem Unterschiede im Strom‑ und Wärmebedarf, in der Nutzung von Gebäuden oder in der Eignung für erneuerbare Energien sichtbar machen. Ziel ist es, ein differenzierteres Bild des Energiesystems zu erhalten und abzuschätzen, wie sensibel einzelne Bereiche auf Veränderungen reagieren – etwa durch Elektrifizierung oder neue Lasten.
Gemeinsame Modelle für unterschiedliche Energieträger
Neben der räumlichen Perspektive stellte sich im Projekt iNeP eine zweite zentrale Frage: Wie lassen sich Strom‑, Gas‑ und Wärmenetze methodisch gemeinsam berechnen, obwohl sie physikalisch unterschiedlich funktionieren?
Forschende der HSU/UniBw H entwickelten hierfür eine knotenbasierte Netzberechnungsmethode, die verschiedene Energieträger auf einer gemeinsamen Modellierungsebene zusammenführt. Der Ansatz nutzt elektrische Ersatzschaltungen als gemeinsame Grundlage und überträgt etablierte Berechnungsmethoden aus der Elektrotechnik auf Gas‑ und Wärmenetze sowie auf Sektorkopplungstechnologien.
Dieser methodische Ansatz erlaubt es, Wechselwirkungen zwischen den Netzen systematisch zu untersuchen und unterschiedliche Infrastrukturen vergleichbar zu analysieren. Die entwickelten Modelle wurden mit bestehenden Softwarelösungen abgeglichen und mithilfe von Laborinfrastrukturen an der HSU/UniBw H überprüft. Dazu zählen unter anderem Versuche im Wasserstofflabor sowie Untersuchungen an einem institutseigenen Microgrid.
Erkenntnisse jenseits konkreter Zahlen
Die Ergebnisse aus iNeP liefern keine statische Blaupause für die Netzplanung, sondern vor allem methodische Einsichten. Eine zentrale Erkenntnis ist, dass integrierte Netzplanung als fortlaufender Prozess verstanden werden muss. Regionale Energiebedarfe verändern sich, neue Technologien kommen hinzu, Rahmenbedingungen verschieben sich. Planungsansätze müssen darauf reagieren können.
Zugleich zeigt das Projekt, dass regionalisierte Betrachtungen auch über Hamburg hinaus denkbar sind – sofern geeignete Daten verfügbar sind. Die entwickelten Methoden sind damit nicht auf eine einzelne Stadt beschränkt, sondern grundsätzlich übertragbar.
In der Forschung ist der Beitrag der HSU/UniBw H vor allem in den Bereichen Modellierung und Systemtechnik verortet. Gleichzeitig verdeutlicht iNeP, wie eng wissenschaftliche Entwicklung und praktische Fragestellungen in der Energiewende miteinander verknüpft sind.
Wissenschaftliche Bearbeitung an der HSU/UniBw H
Im Projekt iNeP arbeitet die Helmut‑Schmidt‑Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg mit weiteren Forschungs‑ und Praxispartnern zusammen. Dazu zählen die Technische Universität Hamburg, die Technische Hochschule Lübeck sowie die Hamburger Energienetze und Hamburger Energiewerke. Die beteiligten Forschungspartner bearbeiteten im Projektverlauf unterschiedliche Fragestellungen, unter anderem zur Berücksichtigung von Flexibilitäten und Unsicherheiten in der Netzplanung, zur optimierten Wärmenetzplanung sowie zur Verortung von Power‑to‑X‑Technologien.
Das Teilprojekt iNeP wurde an der Helmut‑Schmidt‑Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg an der Professur für Elektrische Energiesysteme unter der Leitung von Prof. Dr.–Ing. habil. Detlef Schulz und Daniela Vorwerk (M.Sc.) durchgeführt.
Einordnung in das Norddeutsche Reallabor
iNeP ist eines von mehreren Teilprojekten im Norddeutschen Reallabor. Die Ergebnisse wurden gemeinsam mit weiteren Forschungs‑ und Praxisbeiträgen diskutiert, unter anderem beim Transferworkshop im März in Hamburg. Dort standen Fragen der Übertragbarkeit, der Abstimmung zwischen Akteuren und der langfristigen Nutzung der entwickelten Ansätze im Mittelpunkt.
Damit trägt iNeP zur übergeordneten Zielsetzung des Norddeutschen Reallabors bei: Erkenntnisse aus Forschung und Praxis zusammenzuführen und einzuordnen, um Entscheidungsprozesse im Kontext der Energiewende besser zu fundieren.