Resiliente Polynetze

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Ein innovatives Mess- und Steuerkonzept liefert im Bundesforschungsprojekt PolyEnergyNet wichtige Grundlagen für den robusten Netzbetrieb.

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Vor drei Jahren, im September 2014, startete das Bundesforschungsprojekt PolyEnergyNet. Insgesamt zehn Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft arbeiteten im Rahmen der Forschungsinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze“ der Bundesministerien für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie Bildung und Forschung (BMBF) daran, resiliente Ortsnetze zu erforschen und exemplarisch aufzubauen.

Resiliente Ortsnetze zeichnen sich durch einen robusten Netzbetrieb aus und sollen so in der Lage sein, sowohl auf die Volatilität der Einspeisung dezentraler erneuerbarer Energiequellen als auch auf unvorhersehbare Ereignisse bis hin zu Cyber-Attacken reagieren zu können. PolyEnergyNet betrachtet die Energieversorgung eines Ortsoder Stadtteils als ganzheitliches System, das aus Teilsystemen aufgebaut ist. Neben dem Stromnetz als „Leitnetz“ spielen auch Wärme- und Gasnetze mit allen Arten von Erzeugern, Speichern und Verbrauchern eine wichtige Rolle. Ein IKT-System dient dem Monitoring und der Steuerung des Gesamtsystems, welches dann als Polynetz bezeichnet wird. „Ein Projektschwerpunkt war die Schaffung und Nutzung einer geeigneten Informationsbasis, die es selbst bei kritischen Netzzuständen erlaubt, innerhalb eines Ortsnetzes oder Straßenzugs einen Notbetrieb aufrechtzuerhalten und die geforderte Resilienz zu erfüllen“, berichtet Marcus Hörhammer, Leiter Vertrieb und Innovation bei der VOLTARIS GmbH.

VOLTARIS brachte in dieses Projekt seine Expertise rund um intelligente Messsysteme (iMSys) ein. Die Hauptaufgaben bestanden dabei in der Entwicklung und Umsetzung eines Mess- und Steuerungskonzepts für den Einsatz von iMSys auf Basis der Projektanforderungen sowie die Durchführung der Gatewayadministration und Messdatenaufbereitung. Insbesondere galt es den Netzbetrieb durch Netzzustandsdaten-Erfassung zu unterstützen sowie Steuerfunktionalitäten für Flexibilitäten zur Verfügung zu stellen.

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Mess- und Steuerkonzept im Feldtest

Für die Konzeptionierung und nachfolgende Umsetzung im Feldtest verwendete VOLTARIS iMSys nach Vorgaben des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI TR- 03109). „Sie wurden eingesetzt, um neben der Energiedatenerfassung den Netzzustand zu bestimmen und Flexibiltäten zu steuern“, erläutert Marcus Hörhammer. Die Kommunikation erfolgte über Mobilfunk und Glasfaser. Insgesamt wurden 24 Smart Meter Gateway (SMGW) mit 43 modernen Messeinrichtungen (mME) sowie sieben Steuerboxen eingesetzt. Die mME verfügten über Gridfunktionalitäten, um Netzzustandsdaten zur Netzzustandsbestimmung zu liefern. Steuerboxen übernahmen die Aufgabe, Flexibilitäten anzusteuern.

Dazu wurde den Projektpartnern ein Koordinationsmanagement angeboten, um effizient und diskriminierungsfrei steuern zu können.

Zur Umsetzung eines solchen Koordinierungsmanagements wurde das BDEW-Ampelkonzept weiterentwickelt und durch die Implementierung einer Koordinationsfunktion umgesetzt. Das Ampelkonzept stellt eine Möglichkeit dar, das Zusammenwirken der regulierten Rollen wie Netzbetreiber mit den marktrelevanten Marktrollen zu regeln. Mit dem Ampelkonzept können Anlagenbetreiber ihre Flexibilität markt- und netzseitig anbieten: Das Ampelkonzept nimmt Fahrpläne von externen Marktteilnehmern (EMT) entgegen, aggregiert diese nach Priorität, Netzzustand sowie Prognose und gibt Rückmeldungen über den Status von Schaltbefehlen. Diese Koordinationsfunktion wurde in die Backendsysteme der VOLTARIS implementiert, um gemäß der aktuellen Ampelphase über an iMsys angeschlossene Steuerboxen steuern zu können und entsprechende Zugriffsberechtigungen zu vergeben. Die Bachelor-Arbeit „Umsetzbarkeitsanalyse des BDEW-Ampelkonzepts durch den Einsatz intelligenter Messsysteme“, die der VOLTARIS-Mitarbeiter Axel Hoffmann im Zusammenhang mit dem Forschungsprojekt erstellte, wurde mit dem „Georg-Hummel-Preis“ des VDE FNN ausgezeichnet.

Ergebnisse

Marcus Hörhammer zieht ein positives Fazit: „Die im Feldtest erzielten Ergebnisse zeigen, dass zum einen iMSys in der Lage sind, Netzzustandsdaten feingranular zu erfassen und zum anderen, dass diese auch im geforderten Zeitbereich den Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden konnten.“ Alle Netzzustandsdaten wurden im 5-Sekunden-Intervall ausgelesen und versendet und konnten somit einen Beitrag zur Netzzustandsbestimmung leisten. Die am iMSys angeschlossenen Steuerboxen waren Hörhammer zufolge in der Lage, den sicheren Zugriff durch externe Marktteilnehmer auf Flexibilitäten zu gewährleisten und damit zu einem resilienten Netzbetrieb beizutragen. Auch das Koordinationsmanagement zur effektiven Aggregation der Steuerbefehle unter der Prämisse der Netzstabilität habe sich bewährt. Eine solche CLS-Koordinationsfunktion auf Betriebsebene kann Schaltbefehle effizient aggregieren und so Netz und Markt einen sicheren Zugriff auf Flexibilitäten sichern. Um die realisierten Steuerungsfunktionen und Konzepte netz- oder marktseitig zu etablieren, ist der regulatorische Rahmen jedoch anzupassen.

Kontakt: VOLTARIS GmbH, Marcus Hörhammer, 67133 Maxdorf,Tel: 06237/935-428, marcus.hoerhammer@voltaris.de

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