GrünstromIndex

Orts basierte Vorhersage von regionalem Ökostrom zur Verbrauchsteuerung und Optimierung der Nachhaltigkeit.

Einleitung

Wäre es da nicht besser, den Strom immer dann zu verbrauchen, wenn viel Grünstrom aus nahegelegener Erzeugung kommt?  Der GrünstromIndex zeigt an, wann viel regenerativer Strom im Netz ist und im Haushalt verbraucht werden kann. Damit kann jeder die Energiewende in Deutschland unterstützen und dazu beitragen, dass Ökostrom effizient ausgebaut wird.

Lizenz/Kosten: STROMDAO Fair Use Policy

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Treibhausgasminderung durch nachhaltige Stromnutzung

Wenn die Nutzung von Strom in Zeiten verlagert wird, in denen ein hoher Anteil aus regionaler Erzeugung mit Erneuerbaren Energiequellen stammt, dann kann die Treibhausgasemission der Stromversorgung aktiv gesenkt werden. Damit diese Zeiten erkannt werden können, liefert der GrünstromIndex eine geeignete Vorhersage für die kommenden 36 Stunden. In diesem Beitrag wird eine einfache Webanwendung vorgestellt, mit der die Nachweisführung erfolgen kann. Parallel wird gezeigt, wie die Webanwendung im Hintergrund mit den Corrently-APIs arbeitet (Postman Collection). Die Anwendung selbst ist bewusst sehr einfach gehalten und bietet keine Funktionen außerhalb der Grundfunktionen, die für den Anwendungsfall benötigt werden.

Nachhaltigere Stromnutzung - gruenstromindex.de.png

 https://gruenstromindex.de/app/ 

Die Webanwendung zeigt dem Nutzer, welche spezifische Treibhausgasemission beim Strombezug an seinem Ort zu bestimmten Uhrzeiten anfallen. Hierbei ist es unerheblich, ob der Nutzer einen Ökostromtarif oder einen konventionellen Tarif hat, da der Strombezug immer aus demselben Stromnetz erfolgt und somit dem allgemeinen, physikalischen Strommix am Netzanschluss entspricht.  

Mit der Vorhersage für die kommenden 36 Stunden kann der Nutzer der Webanwendungen größere Verbräuche in Zeiten planen, in denen die Emission niedriger ist. Sobald der Zeitpunkt eingetroffen ist, wird die tatsächliche Einsparung/Minderung berechnet, indem die spezifische Emission zum Zeitpunkt vom Jahresschnitt abgezogen wird. 

Erste Nutzung

Standort des Strombezugs

Wird die Anwendung das erste Mal aufgerufen, so muss zunächst durch Eingabe der Postleitzahl der Ort angegeben werden, an der ein Stromverbrauch stattfindet. Ein großer Teil der Treibhausgasemissionen durch die Stromversorgung entstehen durch den Transport des Stroms über weite Strecken. Mit der Postleitzahl kann die tatsächliche Erzeugung regional betrachtet werden und somit bei der Ermittlung der Emissionen die Netzverluste berücksichtigt werden. Der GrünstromIndex kennt zudem noch weitere Faktoren wie große industrielle Verbraucher oder die Bevölkerungsdichte, die für eine genauere Vorhersage notwendig sind.

Ortsangabe-GruenstromIndex-DemandSideManagement.png

Anlegen eines Benutzerkontos

Die Anwendung sammelt alle einzelnen Treibhausgasminderungen zu den unterschiedlichen Zeitpunkten. Damit dies möglich ist, wird eine eindeutige Kennung für den Nutzer benötigt. Beim ersten Aufruf der Anwendung wird diese Kennung per API-Aufruf im Hintergrund angelegt und im Browser gespeichert:

API Aufruf: Benutzerkonto anlegen
GET https://api.corrently.io/v2.0/stromkonto/create
Hauptansicht der Anwendung

NachhaltigeStromnutzung-Hauptseite.png

Stromnutzung planen

Die aktive und bewusste zeitliche Verschiebung eines Strombezugs wird auch als "Demand Response" bezeichnet. Umgangssprachlich kann man sagen, dass die Nachfrage auf das Angebot reagiert. Demand Respone ist besonders sinnvoll, wenn es ein begrenztes Gut gibt und hohe Kosten vermieden werden sollen. Bei der Stromversorgung ist das knappe Gut die Erzeugung aus Windkraft und Solarenergie, welches bei Nichtvorhandensein zum Einsatz von Kohle- oder Gaskraftwerken führt.  Neben der deutlich geringeren Emission von Treibhausgasen sind selbstverständlich auch die Kosten für Strom aus erneuerbaren Quellen niedriger, da zum Zeitpunkt der Verfügbarkeit keine weiteren Brennstoffe benötigt werden. 

Planung einer zukünftigen Stromnutzung

Planen der Stromnutzung.png

Die Planung einer nachhaltigen Stromnutzung durch den Nutzer erfolgt, nachdem im Hintergrund der GrünstromIndex über die API aufgerufen wurde. Hierbei wird die Postleitzahl sowie das Benutzerkonto von vorher benötigt.

API Aufruf: Abfrage des GrünstromIndex
GET https://api.corrently.io/v2.0/gsi/prediction?zip=POSTLEITZAHL&key=BENUTZERKONTO

Vom Nutzer der Anwendung wird zusätzlich die Information benötigt, um welche Art von Verbrauch es sich handelt und wie viele Kilo-Watt-Stunden Strom bezogen werden sollen. Bei dieser Angabe ist es egal, wie lange der Vorgang dauert, relevant ist die Stunde, in der der geplante Vorgang begonnen wird und dessen Gesamtstromverbrauch.

Da sich die Webanwendung an häuslichen Stromverbrauch orientiert, lässt die Maske lediglich einen Verbrauch von maximal 2 kWh zu. Die API hat diese Begrenzung nicht.

Ist die Eingabe vollständig, so werden die gemachten Angaben per erneutem API Aufruf übermittelt und mit einer Ereigniskennung (Event) versehen. Mit dieser Angabe ist der geplante Vorgang nachträglich referenzierbar und es kann lückenlos nachvollzogen werden, dass es sich um eine "ex ante" - im Voraus stattgefundene - Planung des Verbrauchs handelt.

API Aufruf: Planung abschließen
POST https://api.corrently.io/v2.0/gsi/planedConsumption?&key=BENUTZERKONTO

Notwendige Angaben im Body der API-Abfrage:

{ 
  time: 1668686400000,
  device: "Testverbrauch",
  usage: 1.1,
  id: '0x7b53052C858d8f35c4201b06F4942936A92015AF_2022-11-17',
  zip: '10117'
}

Rückantwort der API

{
  ...
  "event":"EVENTID"
  ...
}

In der Rückantwort der API wird die Kennung der Planung ausgegeben. Diese wird benötigt, damit im Anschluss - nach dem geplanten Zeitpunkt - eine Gutschrift der tatsächlichen Treibhausgaseinsparungen erfolgen kann.

Die Webanwendung speichert diese Informationen im Browser und gibt dem Nutzer einen Hinweis über die vorgenommene Planung.

Hauptbildschirm mit geplantem Stromverbrauch.png

Treibhausgasminderung gutschreiben

Sobald der Zeitpunkt der Stromnutzung vorüber ist, kann die eigentliche Gutschrift als Nachweis der Treibhausgasminderung erfolgen. Technisch wird hierfür ein digitales Zertifikat ausgestellt und dem Nutzer zugeordnet. 

Gutschrift der Treibhausgaseinsparung

Gutschrift THG Minderung.png

Durch "Gutschreiben" bestätigt der Anwender, dass die Stromnutzung tatsächlich zu diesem Zeitpunkt in angegebener Höhe am angegebenen Ort stattgefunden hat und das endgültige digitale Zertifikat ausgestellt werden kann. 

API Aufruf: Bestätigung der Angaben und Gutschrift
POST https://api.corrently.io/v2.0/gsi/claimConsumption?&key=BENUTZERKONTO

Notwendige Angaben im Body der API-Anfrage:

{
 "event":"EVENTID"
}

Bei der EVENTID handelt es sich um den Wert, der bei der Planung ausgegeben wurde.

Rückantwort der API

{
  ...
  "event":"EVENTID",
  "claim":"CLAIMID",
  "ghgActual":248.60000000000002,
  "ghgSaving":157.39999999999998
  ...
}

Die Rückantwort enthält Informationen zur nachgewiesenen Einsparung an Emission.

Innerhalb der Webanwendung werden die Treibhausgasminderungen lediglich gesammelt.

Übersicht der Zertifikate für Treibhausgasminderungen

FireShot Capture 096 - Nachhaltigere Stromnutzung - gruenstromindex.de.png


Demand Response - Verbrauchsteuerung

Bei der Verbrauchsteuerung (Demand Response) handelt es sich um eine Änderung des Stromverbrauchs, um die Nachfrage nach Strom besser an das Angebot anzupassen. Bis zur Senkung der Kosten für Pumpspeicher und Batterien im 21. Jahrhundert konnte elektrische Energie nicht ohne weiteres gespeichert werden, sodass die Energieversorger traditionell Nachfrage und Angebot aufeinander abstimmten, indem sie die Produktionsrate ihrer Kraftwerke drosselten, Kraftwerksblöcke an- oder abschalteten. Mit einer stärkeren Verbreitung von Erzeugung aus regenerativen Energien verlagern sich die Handlungsoptionen zunehmend in Richtung Verbrauch. Das Demand Response zielt darauf ab, die Nachfrage nach Strom zu regulieren, wenn die Möglichkeiten auf der Angebotsseite begrenzt sind.

Der GrünstromIndex  ist ein verbreitetes Instrument, um eine Verbrauchsteuerung automatisiert durchzuführen. Die Versorgungsunternehmen können ihren Kunden die Notwendigkeit für eine Nachfrageänderung mit dem GrünstromIndex auf einfache Weise signalisieren

Der Kunde kann seinen Strombedarf anpassen, indem er Aufgaben, die viel Strom benötigen, verschiebt, oder er kann sich entscheiden, einen höheren Preis für seinen Strom zu zahlen. Einige Kunden können einen Teil ihres Verbrauchs auf alternative Quellen umstellen, z. B. auf Solarzellen und Batterien vor Ort (stationäre Batterien).

In vielerlei Hinsicht kann die Nachfragereaktion einfach als ein technologiegestütztes wirtschaftliches Rationierungssystem für die Stromversorgung bezeichnet werden. Bei der Nachfragereduzierung wird die freiwillige Rationierung durch Anreize erreicht. Die unmittelbare Folge ist, dass die Nutzer von Stromkapazitäten, die ihren Verbrauch (ihre Last) in Spitzenzeiten nicht reduzieren, höhere Preise zahlen müssen, entweder direkt oder über die allgemeinen Tarife.

Eine unfreiwillige Rationierung würde, wenn sie angewendet wird, durch rollende Stromausfälle während der Spitzenlastzeiten erreicht. In der Praxis könnten sommerliche Hitzewellen und winterliche Frostperioden durch geplante Stromausfälle für Verbraucher und Unternehmen gekennzeichnet sein, wenn die freiwillige Rationierung über Anreize nicht ausreicht, um die Last angemessen zu reduzieren und das Gesamtstromangebot anzupassen.

Minderung der Treibhausgasemission durch Demand Response

Mithilfe einer aktiven Nachfragesteuerung können nicht nur wirtschaftliche Vorteile erzielt werden, es wird auch aktiv Emission an Treibhausgasen vermieden. In der Einsatzreihenfolge (Merit-Order) der Stromerzeugung sind Kraftwerke mit einer geringen Emission von Treibhausgasen am höchsten priorisiert, d.h. sobald Erzeugung aus Windkraft oder Solarenergie verfügbar ist, wird deren Strom in das Netz eingespeist und Kraftwerke mit einer höheren Emission - zum Beispiel Kohlekraftwerke - werden heruntergefahren.

In den meisten Fällen ist die mit Demand Response erzielten Einsparungen bei der Emission von Treibhausgasen ein Vielfaches von den Einsparungen, die durch schwankende Strompreise erwirtschaftet werden kann. Der GrünstromIndex ermöglicht das Einsparungspotenzial direkt in die Steuerung von smarten Geräten zu integrieren.

Beispiel API Aufruf: https://api.corrently.io/v2.0/gsi/demandresponds?zip=69256&demand=11000

{
  "timestamp": 1668258000000,
  "date": "2022-11-12T13:00:00.000Z",
  "gsi": 95,
  "demand": 11000,
  "grammGHG": 583,
  "grammSaved": 3168
}

Bei diesem Aufruf wurde für einen geplanten Stromverbrauch von 11 kWh (11.000 Watt-Stunden) an der Postleitzahl 69256 empfohlen, dass dieser um 14:00 Uhr (13:00Z) erfolgen soll. An Treibhausgasen werden dadurch 3.168 Gramm CO₂ Äquivalente eingespart. Ob es sich an dieser Verbrauchsstelle um einen Ökostromtarif handelt, macht hierbei keinen Unterschied, da die Belieferung an der Entnahmestelle immer dem Deutschen Strommix zum Zeitpunkt der Entnahme entspricht. 


Technische Dokumentation (API/SDK)

Die GrünstromIndex wird als REST API bereitgestellt und ist als OpenAPI3.0 spezifiziert. Es existieren etliche Implementationen für verschiedene Systeme, welche eine direkte Nutzung des GrünstromIndex ermöglichen, ohne dass zusätzliche Entwicklungen vorgenommen werden müssen. 

Download:

Online:  https://app.swaggerhub.com/apis/corrently/grundfunktion/1.0.0


Beispiel Implementierungen

GruenstromIndex.de