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Neue Lösungen für die Steuerung versprechen intelligenteres Stromnetz, das mit erneuerbarer Energie betrieben werden kann

Eine EU-finanzierte Initiative schlägt neue Konzepte für die Steuerung und Verwaltung vor, die bei der Konzeption eines stabileren und verlässlicheren intelligenten Stromnetzes helfen sollen. Ein Forschungsteam betrachtete Möglichkeiten für die Modernisierung des Verteilernetzes, das erneuerbare Energie aus Privathaushalten, Unternehmen sowie regenerativen Kraftwerken in das Stromnetz einleitet.

Energie

Bei der Planung von Stromnetzen lagen unidirektionale Modelle zugrunde, die die Erzeugung von Strom an zentralen Stellen und die anschließende Übermittlung an die Endnutzerinnen und -nutzer über Verteilerleitungen vorsehen. Mit dem Aufkommen saubererer Energietechnologien wird dieses Einbahnstraßenmodell für Strom infrage gestellt: Mithilfe intelligenter Schnittstellen und Technologien könnten regenerative Anlagen und lokale Stromerzeugung sowie Speicherstätten dem Stromnetz zu größerer Zuverlässigkeit wie auch Flexibilität verhelfen und eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen Versorgung und Endnutzung ermöglichen. Da erneuerbare Energiequellen den Netzbetrieb auf verschiedene Art und Weise stören, müssen zum Erhalt von Sicherheit und Zuverlässigkeit vor deren Integration in das Stromnetz verschiedene Thematiken angegangen werden. Das EU-finanzierte Projekt INCITE nutzte die Marie Skłodowska-Curie Erstausbildungsnetze. Diese Initiative brachte 14 Promovierende aus verschiedenen Teilen Europas zusammen. „INCITE hatte sich zum Ziel gesetzt, die Lücke zwischen theoretischer Forschung und praktischer Umsetzung, die im Bereich intelligenter Netzanwendungen klafft, zu schließen. Unsere innovativen Lösungen und Steuerungsstrategien sind in der Lage, die Hürden, die der Realisation intelligenter Stromnetze im Weg stehen, auszuräumen“, merkt Projektkoordinator José Luis Domínguez an.

Stromrichter und variable Leistung: die Anfangsschwierigkeiten eines intelligenteren Netzes

Damit der Strom aus erneuerbaren Energiequellen sicher in das Stromnetz integriert und über dieses übertragen wird, schließen die Betreiber ihre Quellen nicht direkt an das Netz an, sondern setzen Stromrichter ein. Allerdings treten bei Vorhandensein einer großen Anzahl an Stromrichtern möglicherweise Oberschwingungen auf. Hierbei handelt es sich um unerwünschte hochfrequente Strom- und Spannungskomponenten, die das System destabilisieren können. Bei der Erzeugung treten schnelle Schwankungen der Strommenge auf. Dies stellt einen weiteren Faktor dar, der im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien steht und den Netzbetrieb stören kann. Um Frequenzschwankungen oder einen Stromausfall zu vermeiden, muss das Gleichgewicht zwischen Stromangebot und -nachfrage jederzeit aufrechterhalten werden, denn das Stromnetz verfügt über eine sehr geringe Speicherkapazität. Das Forschungsteam schlug sowohl zentral als auch dezentral organisierte Steuerungsverfahren vor, die die Regulierungsmöglichkeiten für die Stromrichter verbessern und deren Interaktion so gestalten, dass sich dadurch die Stabilität des Systems erhöht. Der Einsatz einer dezentral organisierten Steuerung zur Betriebsoptimierung bei großen Windparks stellt ein ganz neues Konzept für den Bereich Windenergie dar. Alle Teilnehmer (also die einzelnen Windkraftanlagen) tauschen Informationen mit ihren Nachbarn aus, um das gewünschte Gesamtverhalten zu erzielen. Die Steuerungsalgorithmen, die in jeder Teilnehmer ausgeführt werden, ermöglichen es diesem, unabhängig Entscheidungen zu treffen, wobei er sich auf die von anderen Teilnehmern zur Verfügung gestellten Teilinformationen über den Zustand des Windparks stützt. „INCITE kann Fortschritte in Bezug auf Verwaltungsstrategien vorweisen, dank derer es Windkraftwerken möglich wird, Zusatzdienste für das Stromnetz zu erbringen, indem sie sicherstellen, dass sich jede einzelne Windkraftanlage im optimalen Lastzustand befindet“, erklärt Domínguez.

Intelligente Lösungen für die Verwaltung eines komplexen Netzwerks

Unterschiedliche Ressourcen im Netz weisen auch unterschiedliche Charakteristika auf und ihr Betrieb hat einen beträchtlichen, keinesfalls vernachlässigbaren Einfluss auf das Stromnetz. Die Verteilung dieser Ressourcen unter unterschiedlichen Einheiten und die entsprechende Koordination sind der Schlüssel zum Erhalt ihrer Effizienz, zur Stabilität und zum Schutz von Konsumenten, Prosumenten sowie einer flexiblen Nutzerschaft vor schnellen Preisschwankungen. Die Forschenden boten Steuerungslösungen für eine effiziente Überwachung und Sicherung des Netzwerkes an. Insbesondere stellten sie Verfahren vor, mit denen bestimmt werden kann, wo im Netzwerk intelligente Sensoren am besten zu platzieren sind, damit ein exaktes Bild des Netzes entsteht und folglich gewährleistet ist, dass der Energieaustausch auf die intelligenteste sowie kosteneffizienteste Art und Weise vor sich geht. Intelligente Sensoren können zudem eine höhere Genauigkeit bei der Fehlerdetektion bieten. Die neuartigen Steuerungsstrategien von INCITE zur Erhaltung der Stabilität, Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit von Stromnetzen stehen im Einklang mit dem Motto des Projekts, das lautet „das Stromnetz intelligenter machen“.

Schlüsselbegriffe

INCITE, Stromnetz, erneuerbare Energie, intelligentes Stromnetz, Stromrichter, dezentral organisierte Steuerung, Windkraftanlage, intelligente Sensoren

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