Intelligenz in der Niederspannung

Foto: LEW / Ulrich Wagner

Die Ergebnisse des Forschungs- und Entwicklungsprojekts Smart Operator bestätigen das Konzept.

Mit einer intelligenten Steuerung können lokale Stromnetze besser genutzt werden, indem mehr Strom aus erneuerbaren Energien direkt vor Ort verbraucht wird. Dies ist das Ergebnis des Forschungsund Entwicklungsprojekts Smart Operator, das die Lechwerke (LEW) und innogy gemeinsam in drei Feldtests in Rheinland-Pfalz und dem bayerischen Schwabmünchen umgesetzt haben. Die LEW-Gruppe ist als regionaler Energieversorger in Bayern und Teilen Baden-Württembergs tätig und betreibt das Stromverteilnetz in der Region. Nach fast drei Jahren Testbetrieb stellten die Projektleiter nun die Abschlussbilanz vor. Demnach konnten die Ortsnetze in den drei Testgebieten durch den Einsatz intelligenter Bausteine rund 35 Prozent mehr Strom aus lokal erzeugter, erneuerbarer Energie aufnehmen.

Mit dem Smart Operator konnte die Netzsituation deutlich verbessert werden. Das Konzept wird jetzt weiterentwickelt. Foto: LEW/Christina Bleier

Kernstück des Projekts ist ein autonom arbeitender Rechner, der sogenannte Smart Operator: Dieser steuerte über einen sich selbst optimierenden Algorithmus vor Ort verschiedene Bausteine im Testgebiet. Dazu gehörten auch intelligente Wasch- und Geschirrspülmaschinen, Wäschetrockner, Batteriespeicher, Wärmepumpen und Ladeboxen für Elektroautos. Der Smart Operator erstellte auf Basis der im Steueralgorithmus hinterlegten Vektoren für jeden Haushalt ein Lastprofil und stimmte Lasten, Aufnahmefähigkeit und Speichermöglichkeiten im Stromnetz auf Basis der aktuellen Messwerte aufeinander ab. Dabei konnten die Kunden wählen, ob sie die Flexibilität zur Verfügung stellen oder das Gerät sofort nutzen wollten. So konnte der Smart Operator die von den Haushalten zur Verfügung gestellte Flexibilität von bis zu 20 Prozent des Haushaltsbedarfs nutzen, um Ladevorgänge von Elektroautos und Speichern oder Laufzeiten der weißen Ware in Zeiten mit hoher lokaler Energieerzeugung zu verschieben. Dadurch wurden erzeugungsbedingte Spannungsspitzen im Ortsnetz geglättet und die Aufnahmekapazität für erneuerbare Energien stieg insgesamt.

In der Wertachau erzeugen 23 Photovoltaikanlagen vor allem an sonnigen Tagen zur Mittagszeit regelmäßig mehr Strom als in der Siedlung verbraucht wird. Dieser Stromüberschuss konnte durch das Smart Grid um bis zu einem Drittel reduziert beziehungsweise zwischengespeichert werden. Diese Energie musste nicht mehr über das regionale Mittelspannungsnetz abtransportiert werden.

Potenzial in den Haushalten

Das größte Lastverschiebungspotenzial in den Haushalten gab es bei den Batterie- und Wärmespeichern – vor allem in Kombination mit einer Photovoltaikanlage – sowie den Ladeboxen für Elektroautos. Das Potenzial der weißen Ware, also Waschmaschinen, Trockner und Geschirrspüler, war dagegen vergleichsweise gering. Dies hängt nicht nur mit der mittlerweile hohen Energieeffizienz der Geräte zusammen. In der Wertachau liefen die Geräte auch ohne Ansteuerung durch den Smart Operator häufig bereits zu jenen Zeiten, in denen die lokalen Photovoltaikanlagen viel Strom erzeugten.

Intelligente Netztechnik

Einen ebenfalls wichtigen Beitrag zur besseren Nutzung des vorhandenen Stromnetzes leistet intelligente Technik im Netz: Mit fernsteuerbaren Lastschaltleisten konnten die Stromflüsse im Ortsnetz umgelenkt werden, um höhere Spannung durch Einspeisung besser zu verteilen. Ein regelbarer Ortsnetztransformator trug ebenfalls zur besseren Einhaltung der Spannungsgrenzen im Netz bei. Einen positiven Effekt auf die Spannungsqualität hatte auch ein großer Batteriespeicher, der auf Ebene des Ortsnetzes bis zu 150 Kilowattstunden Energie speichern konnte. Genug, um damit rund 15 Haushalte einen Tag lang mit elektrischer Energie zu versorgen. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten rechnet sich für Netzbetreiber der Einsatz eines solchen Großspeichers derzeit aber nicht – so das Fazit der Projektpartner. Für die Haushalte war dagegen die Lastverschiebung wirtschaftlich positiv. Jene mit Photovoltaikanlagen und intelligenten Hausgeräten konnten durch Lastverschiebung ihren Eigenstromverbrauch erhöhen. Um die Auswirkungen einer netzdienlichen Steuerung im Hinblick auf den Strompreis zu ermitteln, wurde die Verschiebung des Stromverbrauchs mit den Spotpreisen an der Strombörse korreliert. Demnach wäre für die Haushalte, einen entsprechenden variablen Tarif vorausgesetzt, die Lastverschiebung ohne Nachteil gewesen, über die gesamte Laufzeit wäre sogar ein kleiner finanzieller Vorteil entstanden.

Aufbau des Smart Operator-Netzes. Foto: LEW

„Mit dem Smart Operator-Projekt haben wir die Machbarkeit eines intelligenten Stromnetzes unter Beweis gestellt und konnten im Live-Betrieb wichtige Erkenntnisse für den weiteren Umbau unseres Energiesystems gewinnen“, sagte LEW-Vorstandsmitglied Dr. Markus Litpher. „Klar ist auch, dass das Projekt keine einfache Blaupause für unsere zukünftige Energielandschaft ist. Es geht darum, einzelne Technologien und Komponenten, die sich als besonders vielversprechend herausgestellt haben, gezielt weiterzuentwickeln.“ So wurde aus dem Projekt auf Basis der detaillierten Analysen zu den Energieflüssen in Ortsnetzen bereits eine Lösung abgeleitet, mit der vorhandene Ortsnetze schneller und umfassender als bisher analysiert werden können, um den Netzausbau zu begrenzen. In Vorbereitung ist auch ein Angebot für Stadtwerke, mit dem einzelne Bausteine im Netz so gesteuert werden, dass die vorhandene Infrastruktur besser genutzt wird. Im Projekt Designetz, eines der Vorhaben, die im Rahmen von SINTEG (Schaufenster intelligente Energie) des BMWi umgesetzt werden, wird das Smart Operator- Konzept nun weiterentwickelt, mit anderen Systemen vernetzt und auch auf der Ebene der Mittelspannung eingesetzt. Dr. Joachim Schneider, Bereichsvorstand Technik & Operations bei innogy ergänzt: „Für den Einsatz effizienter und innovativer Technik müssen auch die regulatorischen Rahmenbedingungen angepasst werden.“

Smart Operator-Projekt

Die Feldphase des Smart Operator- Projekts war 2012 mit dem Aufbau der Infrastruktur in den Testgebieten sowie vorbereitenden Labortests und der Entwicklung des Smart Operator- Algorithmus gestartet. In der bayerischen Wertachau nahmen 115 der 125 Haushalte im Ort an dem Projekt teil. Bei ihnen wurden insgesamt rund 160 herkömmliche Zähler gegen Smart Meter ausgetauscht. In 23 Haushalten kamen zusätzlich intelligente Geräte zum Einsatz, die in das Smart Operator-System eingebunden waren. Die intelligenten Bausteine kommunizierten dabei über ein eigens aufgebautes Glasfasernetz. In den anderen Feldgebieten wurde erfolgreich Datenübertragung über das Stromnetz getestet.

Im Juli 2014 ging das Smart Grid in der Wertachau dann mit allen Komponenten in Betrieb und der Smart Operator begann mit der Steuerung und Optimierung. Da es sich um technisches Neuland handelte, waren auch nach der Inbetriebnahme noch zahlreiche Nachbesserungen an Komponenten und Schnittstellen notwendig, bis das System mit allen Bausteinen reibungslos lief. Mit allen Komponenten mit voller Funktionalität wurden dann über mehr als ein Kalenderjahr lang Erfahrungen und Daten gesammelt. Im Dezember 2016 wurde das Projekt nach erfolgreichem Betrieb abgeschlossen, um danach mit der Analyse und Auswertung zu beginnen. www.lew.de/smartoperator

 

Kontakt: Lechwerke AG, 86150 Augsburg, Dr. Thomas Renz, T +49 821 328-1650, thomas.renz@lew.de

 

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