Lösungen

Sieben Arbeitsthemen

Insgesamt untersuchen wir bei „grid control“ sieben Arbeitsthemen. Zunächst definieren wir jeweils die Funktionen und Schnittstellen der Lösungen. Danach entwickeln wir Systemlösungen und testen sie im Rahmen von Labortests sowie im realen Netzbetrieb im NETZlabor der Netze BW in Freiamt.

 

Netzplanung

Der Netzbetreiber hat bisher neue Leitungen immer auf den maximale Stromverbrauch oder –einspeisung ausgelegt. Entstand beispielsweise ein Neugebiet meldete der Bauherr dem Netzbetreiber, dass neue Stromanschlüsse benötigt werden.

Der Netzbetreiber kalkulierte den maximalen Verbrauch des Neubaugebiets, wieviel Strom die neuen Häuser gemeinsam verbrauchen könnten. Dann legte er ein dafür ausreichend dickes Kabel – auch wenn es nur wenige Stunden im Jahr überhaupt auslastet wird.

Wir wollen den Netzplanern wahrscheinlichkeitsbasierte Planungsmethoden und Techniken an die Hand geben, um das Stromnetz so zu planen, dass Geld und Baumaßnahmen gespart werden können.

Grüne Ampel – Engpassprognose

Die Netzampel ist das Herzstück des Projekts grid-control. Sie vernetzt die Systeme des Netzbetreibers, der Marktteilnehmer und der Kunden.

 

Unser Zukunftsszenario:

Ein Stromvertrieb meldet dem Verteilnetzbetreiber „Morgen erwarten wir 100 kW Stromeinspeisung durch Fotovoltaikanlagen“. Der Netzbetreiber prüft, ob diese Strommenge ins Netz passt.

Er sagt dem Vertrieb, dass es mittags bei der höchsten Einspeisung durch Fotovoltaikanlagen eng im Netz wird. Die Netzampel wird vom Grid Load Management System (GLMS) von grün auf gelb geschaltet.

Diese Software-Lösung soll zum einen die Stromflüsse prognostizieren und zum anderen regeln, in welcher Höhe die Netze genutzt werden.

Gelbe Ampel – Engpassvermeidung

Bei einer gelben Ampel kann der Vertrieb mit Hilfe eines im Projekt entwickelten Flexibilitäts-Management-Systems (FMS) entweder den überschüssigen Strom mittags verbrauchen indem zum Beispiel E-Autos oder Nachtspeicheröfen geladen werden.
Ist das nicht möglich, muss der Vertrieb die Stromproduktion aus seinen Fotovoltaikanlagen reduzieren.

Wenn kein Engpass prognostiziert wurde, können die Erzeuger, Batteriespeicher und Verbraucher wie z.B. bei Elektromobile auf lokaler Ebene mittels Flexibilitäts-Management-System und Gebäude-Energiemanagementsystemen (GEMS) koordiniert werden.

Rote Ampel – Regionales Energiemanagementsystem

Für Netzbetreiber entwickeln wir ein Regionales Energiemanagementsystem (REMS). Dieses stellt eine dezentrale Ebene unter dem Netzleitsystem dar und kommuniziert sowohl mit Erzeugungsanlagen als auch mit der Sensorik im Verteilnetz. Das REMS soll den Netzzustand überwachen. Zeichnet sich ab, dass das Netz trotz Bemühungen des Vertriebs überlastet wird, regelt es automatisch die Anlagen ab, die den Engpass verursachen.

Im Gesamtkonzept mit GLMS, GEMS ist auch das REMS eingebunden.

Stromflussregelung

Wenn es im übergelagerten Netz einen Engpass gibt, bündelt das Regionale Energiemanagementsystem die fluktuierenden Einspeiser auf Mittel- und Niederspannungsebene zu einem Flächenkraftwerk und steuert so die Netzauslastung auf Vorgabewerte im Rahmen der Netzkapazität.

Dieser Ansatz ermöglicht auch in Zukunft auch bei steigender Komplexität noch den sicheren und zuverlässigen Netzbetrieb zu gewährleisten.

 

Zustandsschätzung

Zurzeit ist es noch nicht wirtschaftlich, Sensorik in den Verteilnetzen einzusetzen und so den Netzzustand zu erfassen. Diese ist künftig jedoch nötig, um die Lastflüsse im Netz in Echtzeit zu beobachten und bei Überschreitungen von Grenzwerten mithilfe dezentraler Automatisierungssysteme schnell eingreifen zu können. Für die Beobachtung des Netzzustands wird im Rahmen des Projekts ein optimiertes und effizientes Verfahren zur Zustandsschätzung entwickelt, das auf der zukünftigen Smart-Meter Infrastruktur aufbaut.

 

Systemdienstleistungen

Im Rahmen der Energiewende nimmt insgesamt die Anzahl der konventionellen Kraftwerke ab. Diese decken bisher den Bedarf an Systemdienstleistungen, die für den stabilen Netzbetrieb notwendig sind. Die dena rechnet deshalb ab 2030 mit einem Mangel an Blindleistung, Kurzschlussleistung und Momentanreserve. Im Projekt grid-control werden im Rahmen eines Labortests am KIT neue Ansätze zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen durch dezentrale Erzeugungsanlagen und deren Koordination entwickelt und untersucht.