Erneuerbare Energien sind für die Energieversorgung der Zukunft unerlässlich. Aktuell finden vor allem Photovoltaikanlagen großen Zuspruch, zum Beispiel auf den Dächern von Wohnhäusern und Firmen. Damit steigt aber auch der Anteil an dezentralen Einspeiseanlagen. Was nach Redundanz und damit hoher Ausfallsicherheit klingt, ist für das Stromnetz gar nicht so einfach zu bewältigen. Das komplexe Zusammenspiel zwischen Energielieferung und Energiebezug stellt immer höhere Anforderungen an das Stromverteilnetz.
Bisher war die Energieverteilung eine unidirektionale Angelegenheit, vom Erzeuger (Kraftwerke) über das Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetz zum Verbraucher. Der Gesetzgeber verpflichtet ide Netzbetreiber, dezentral erzeugte Energie einzuspeisen. Das Ziel ist, CO2-arme Energieträger zu fördern. Die Energiekonzerne wissen allerdings nicht, wann welche Energiemengen wo erzeugt und in das Stromnetz eingespeist werden und in vielen Fällen sind die Netze nicht auf eine dezentrale Energieeinspeisung ausgelegt. Ein gutes Beispiel hierfür findet sich in Bayern: An sonnigen Tagen im Sommer werden etwa 3000 MW Solarenergie auf mittlerer und niedriger Spannungsebene in das Verteilnetz gespeist – dies entspricht Leistung von circa drei Großkraftwerken. Das heißt, dass teilweise eine Rückspeisung der Energie aus dem Nieder- und Mittelspannungsnetz ins Hochspannungsnetz erfolgt und die Stabilität des Netzes bezüglich Spannung und Frequenz gefährdet.
Intelligente Netze
Laut Dr. Dirk Paskert, Mitglied des Vorstandes der E.ON Energie untersucht E.ON in einer Vielzahl von Einzelprojekten bereits heute viele Aspekte rund um den Einsatz intelligenter Netztechnik. Der Konzern will neue Erkenntnisse gewinnen zum Lastfluss und dessen Abhängigkeit von Wind, Sonne, Verbraucherverhalten, zu Stromspeichern (etwa Elektroautos) und zur Integration in die bestehende Systemlandschaft (Netzleitsysteme). Außerdem gilt es, geeignete Bauteilen zu identifizieren für die Kommunikationstechnik in Trafostationen, Umspannwerken und Netzleitstellen.
Im Rahmen des Power-Quality-Projektes „Netz der Zukunft“, an dem neben E.ON Bayern als Netzbetreiber auch die Hochschule München, die TU München und das Fraunhofer Institut (IWES) beteiligt ist, werden nun erstmals von 2010 bis 2012 Messdaten aus den Stromnetzen und von dezentralen Energieeinspeispunkten von Photovoltaikanlagen und Windparks im Mittel- und Niederspannungsnetz an zentrale Leitstellen übermittelt. Aus dem Projekt sollen sich Rückschlüsse für die Sicherstellung der Stromversorgungsqualität von zukünftigen Smart Grids ableiten lassen. In dem ausgewählten Projektgebiet konnten bereits 800 EEG-Einspeiser (Erneuerbare-Energien-Gesetz) mit einer Spitzenleistung von 15 MW in die Niederspannung integriert werden. Gegenwärtig speisen drei größere Erzeugungsanlagen in die Mittelspannungsebene ein. Eine weitere Anlage befindet sich in der Planung und lässt die Spitzenleistung der Einspeisung in das Mittelspannungsnetz noch weiter ansteigen.
Sicher und zuverlässig trotz Mobilfunk
Beim Power-Quality-Projekt (Bild 2) werden die dezentral anfallenden Messdaten über eine IP-Verbindung an eine zentrale Leitstelle der E.ON Bayern übertragen. Je nach den örtlichen Gegebenheiten kommen dabei DSL oder Mobilfunk und als Router die Produkte Digi Transport WR44 (Bild 3) oder Digi Transport DR64 von Digi International zur Anwendung. Beide Modelle haben ein UMTS-fähiges Mobilfunk-Interface, einen integrierten Vier-Port-Ethernet-Switch und können neben Wechselstrom in weiten Bereichen auch mit Gleichstrom versorgt werden. An Standorten, wo UMTS nicht verfügbar ist, schalten die Digi-Router automatisch auf EDGE oder GPRS zurück. Optional – allerdings bei diesem Projekt nicht benötigt – bieten die Transport Router von Digi weitere Schnittstellen und Funktionen, zum Beispiel WLAN Access Point, GPS, asynchrone oder synchrone serielle Ports und digitale Ein-/Ausgänge.
Aus Sicherheitsgründen wird nicht das öffentliche Internet, sondern die Secure-Connect-Plattform der Telekom-Tochter Itenos als Provider genutzt (Bild 1). Der Value-Added-Distributor Atlantik Systeme war in der Evaluierungsphase und Produktauswahlphase wesentlich beteiligt und steuerte die VPN-Konfiguration für das Netz der E.ON und Itenos bei. So galt es, eine unter allen Umständen stabile VPN-Verbindung mit einer zentralen Cisco-Router-Instanz aufzubauen. Stabil insofern, als ein automatisches Reconnect sichergestellt sein musste, sollte die Verbindung einmal abbrechen, was bei Mobilfunk je nach Empfangsqualität durchaus vorkommen kann.
Grüne Energie von überall
Die Energieversorger sind einerseits verpflichtet, dezentral erzeugte Energie jederzeit in unvorhersehbaren Mengen anzunehmen und weiter zu leiten. Andererseits tragen sie die Verantwortung für eine gleichbleibend hohe Qualität der Versorgung. Beides ist nur in Einklang zu bringen, wenn Erfahrungswerte in Form gesicherter Langzeitmessungen vorliegen. Diese Messwerte fallen typischerweise dort an, wo keine klassische drahtgebunden Kommunikationsinfrastruktur vorhanden ist. Insofern ist Mobilfunk die nahe liegende Lösung.
Im Zuge des Forschungsprojekts „Netz der Zukunft“ werden weitere moderne Konzepte und Komponenten entwickelt. Ihre Nutzungsmöglichkeiten im künftigen Versorgungsnetz werden analysiert und bewertet, um auch bei immer stärker schwankenden Einspeiseleistungen eine hohe Spannungsqualität und die gewohnte Versorgungssicherheit sicherstellen zu können. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird es möglich, das Netz der Zukunft optimal anzupassen und auszubauen.
(lei)
