Inselnetz im Allgäu

In fünf Schritten demonstrierten die beteiligten Experten, wie sich das örtliche Netz „per Knopfdruck” auf Inselbetrieb schalten lässt. Foto: Siemens AG

In Wildpoldsried wurde ein unterbrechungsfreier, stabiler Netzbetrieb ausschließlich mit erneuerbarer Energieerzeugung realisiert.

In fünf Schritten demonstrierten die beteiligten Experten, wie sich das örtliche Netz „per Knopfdruck” auf Inselbetrieb schalten lässt. Foto: Siemens AG

Am Abend des 30. August 2017 war es soweit: Kurz nach 20 Uhr wurde in der Netzleitstelle der Allgäuer Gemeinde Wildpoldsried bewusst ein Stromausfall initiitiert. Anschließend stellte man die Stromversorgung im betroffenen Netzabschnitt lokal als Inselnetz wieder her – ein Teil des Niederspannungsnetzes wurde also vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelt. Nach kurzer Zeit bestand Gewissheit: Das Inselnetz ließ sich, wie erhofft, unterbrechungsfrei und stabil betreiben. „Das waren schon spannende Minuten“, erinnert sich Guido Zeller, der als Projektleiter für das Verbundforschungsprojekt IREN2 beim Netzbetreiber AllgäuNetz den Inselnetzversuch mit betreute. Im nächsten Schritt synchronisierte man das Inselnetz wieder unterbrechungsfrei mit dem öffentlichen Netz. Schließlich demonstrierten die am Projekt beteiligten Experten, wie sich „per Knopfdruck“ der betroffene Abschnitt des Netzes auf Inselbetrieb und wieder zurück schalten lässt, ohne dass dabei die Stromversorgung unterbrochen wurde.

IREN2 in Wildpoldsried

Die Gemeinde Wildpoldsried mit ihren rund 2.500 Einwohnern erzeugt über das ganze Jahr gesehen sieben Mal so viel Strom wie sie verbraucht – ideale Voraussetzungen also, um zu untersuchen, wie sich Energiesysteme mit verteilter Stromerzeugung technisch und ökonomisch optimieren lassen. Genau diesen Ansatz verfolgten Siemens, das Allgäuer Überlandwerk mit seiner Netzgesellschaft AllgäuNetz, das Systemhaus IDKOM sowie die RWTH Aachen und die Hochschule Kempten im Rahmen des Forschungsprojektes IREN2, das jetzt nach dreijähriger Laufzeit kurz vor dem Abschluss steht (Projektende April 2018). Im Fokus standen Microgrids als Inselnetze sowie deren Einsatz und Betrieb als topologische Kraftwerke. Inselnetze sind autarke Versorgungsgebiete, die nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden sind und deshalb besondere Anforderungen an die Betriebsführung stellen. Topologische Kraftwerke sind Netzabschnitte, deren Lasten und Erzeuger gemeinsam wie ein konventionelles Kraftwerk gesteuert werden können. Die Partnerunternehmen erforschten solche Netzstrukturen nach wirtschaftlichen und technischen Kriterien. Die Untersuchungen nach wirtschaftlichen Kriterien zielen vor allem auf die kostengünstigste Ausbauvariante unterschiedlicher Netzstrukturen sowie auf die Analyse verschiedener Betriebsstrategien ab. Die technischen Analysen beziehen die Wechselwirkungen zwischen den Stromerzeugern und Lasten, Mess- und Regelungstechnik, Stabilitätsuntersuchungen, die Entwicklung von Schutzkonzepten sowie die Implementierung intelligenter Netzstrukturen mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnik ein. Mit dem erfolgreichen Inselnetzbetrieb wurde hier nach Aussage aller Beteiligten ein ganz wesentlicher Meilenstein erreicht.

Inselnetz im Smart Grid

Im Versorgungsgebiet wurde dazu ein intelligentes Netz genutzt, in dem sich neben „Prosumern“ mit PV-Anlagen, Heimspeichern und steuerbaren Lasten vielfältige regelbare Komponenten wie Batteriespeicher, Wechselrichter, Stromaggregate, regelbare Ortsnetztransformatoren sowie eine Gleichstromkurzkupplung befinden. Die Primärregelung erfolgt auf dieser untersten Ebene. Die Orchestrierung der lokal steuerbaren Anlagen übernimmt ein eigens entwickelter Microgrid Controller. Er nimmt im Inselnetzbetrieb zentrale Funktionen wahr, indem er den Blackout erkennt, den Schwarzstart organisiert und die Primärkomponenten dann synchronisiert. Zudem ist er für die Frequenz- und Spannungsregelung im Inselfall sowie die netzgekoppelte Leistungsaustauschregelung zuständig. Die oberste Instanz bildet das zentrale Leitsystem von Siemens.

Das umgesetzte Regelungskonzept für den Inselbetrieb entspricht der Regelung im Übertragungsnetz, sprich: jede Energieerzeugungsanlage agiert wie ein Regelkraftwerk und wird von der zentralen Sekundärregelung (Microgrid Controller) angesteuert, wobei die Lastverteilung über sogenannte „participation factors“ einstellbar ist. Somit wird ein Lastsprung von allen beteiligten Generatoren zusammen abgefangen. „Die besondere Herausforderung in kleinen Inselnetzen besteht in deren hoher Dynamik“, erläutert Guido Zeller, Projektleiter IREN2 beim Netzbetreiber AllgäuNetz.

Foto: Hochschule Kempten

Lastabdeckung durch Batteriespeicher

Am Versuch selbst waren 14 Anschlussobjekte beteiligt: eine Schule, ein Kindergarten, 27 Haushalte sowie drei Gewerbebetriebe mit einer genehmigten Last von 126 kW. Die installierte Einspeiseleistung der PV-Anlagen im Inselnetz liegt bei 358 kWp. „Während des Versuchs hatten wir aus den PV-Anlagen noch etwa 30 kW Rückspeisung aus dem Netz, die Batterie wurde also geladen“, berichtet Projektleiter Zeller. Neben dem erwähnten Batteriespeicher (240 kVA / 160 kVAh, nutzbar 125 kVAh), der die Last während des Inselbetriebs vollständig abdecken konnte, war eine Gleichstromkurzkupplung (500 kVA) als weiterer emulierter Speicher am Versuch beteiligt. Diese gewährleistete eine (n-1)-Sicherheit, musste aber faktisch keinen Beitrag leisten – so Guido Zeller.

„Wie wir es vorab vermutet haben, haben die betroffenen Anschlüsse unserer Kunden den Wechsel von Normalbetrieb auf das Inselnetz nicht mitbekommen“, ergänzt der Netzmanager. Auch für Constantin Ginet, Leiter Globale Microgrid Lösungen bei der Siemens-Division Energy Management, reicht die Bedeutung des Versuchs weit über die kleine Gemeinde im Allgäu hinaus: „Wir haben nun erfolgreich die Fähigkeiten eines Microgrids in Wildpoldsried unter realen Bedingungen demonstriert. Dies ist ein wichtiger Meilenstein, um zu zeigen, dass Microgrids künftig helfen werden, zum Gelingen der Energiewende in Deutschland und weltweit beizutragen.“

Die gewonnen Ergebnisse des Inselnetzversuches im Rahmen von IREN2 wollen die Projektpartner weiter verwenden und vertiefen.

Wertvolle Inseln

Inselnetze stellen nicht nur die Versorgung in abgelegenen Regionen ohne (zuverlässige) Netzanbindung sicher. Bei einem weiter steigenden Anteil dezentraler, erneuerbarer Einheiten zur Stromerzeugung wie etwa Photovoltaik- oder Biogas-Anlagen können lokale Inselnetze einen wichtigen Beitrag leisten, um das vorgelagerte Verteilnetz zu entlasten. Auch im Falle von Störungen wie etwa durch Sturm oder Überflutungen sowie Blackouts springen diese ein.

 

Kontakt: AllgäuNetz GmbH & Co. KG, Guido Zeller, 87435 Kempten, Tel.: +49 831 96006-351, guido.zeller@allgaeunetz.com

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