Robotisierung revolutioniert die Netzentwicklung

26.10.2020 – Neben der komplett automatisierten Netzplanung ermöglicht der Network Optimizer von Trimble auch eine detaillierte Kostenanalyse für die Planungsszenarien.

Eine Netzplanung automatisiert durchführen, im Bestand oder auf der grünen Wiese? Sogar auf Informationen von Intelligenten Messsystemen basierend, obwohl diese meist noch gar nicht flächendeckend ausgerollt, geschweige denn an die integrierte Netzberechnung angeschlossen sind? Und dann bei der Netzplanung eine langfristige Kostenprognose integrieren?

Deutsche Netzbetreiber haben solche Ansätze in der Regel bis dato noch selten realisiert. Zum Teil waren sie nicht notwendig, zum Teil fehlten die dafür notwendigen Tools auf dem hiesigen Markt. Zum Teil haben sich Netzbetreiber aber schlicht noch nicht um Fragen des Netzausbaus gekümmert, die nun spätestens mit der Integration der Ladeinfrastruktur in die Verteilnetze immer wichtiger werden.

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Mit dem Trimble Network Optimizer soll das optimale Netz-Design für Zielgebiete gefunden werden. Bild: tostphoto/Shutterstock.com

Eine Lösung mit dem eingangs beschriebenen Funktionsspektrum bietet das Unternehmen Trimble mit dem Network Optimizer. Die neue Lösung ist in der Geschäftseinheit Trimble Utilities des im Bereich Vermessungstechnik bekannten globalen Anbieters angesiedelt und geht auf Entwicklungen zurück, die bereits 2007 in Zusammenarbeit mit der Aalto University, Helsinki, und verschiedenen Netzgesellschaften begonnen wurden. Dabei werden in der Lösung die Ansätze für eine automatisierte Optimierung von Intermodalverbindungen für Versorgungsnetze verfolgt.
Bei dem Produkt geht es darum, das optimale Netz-Design für Zielgebiete zu finden, von der „kleinen“ Neubausiedlung bis hin zu großen Netzen, in Mittel- und Niederspannung. Die offensichtlichste Besonderheit bei dem Produkt liegt darin, dass es neben der Technik auch die Streckenführung (Geographie) des Netzes routet und vor allem eine komplette Kostenanalyse für den gesamten Lebenszyklus der Netzinfrastruktur inkludiert. „Technik und Wirtschaftlichkeit werden (in einer Lösung) integriert analysiert“, bringt es Martin Klein, der in Deutschland ansässige Produktmanager, auf den Punkt.

Modellierung der Primärdaten

Eine Schlüsseltechnologie für die Netzplanung mit inte­grierter Netzberechnung liegt in der Modellierung der entsprechenden Netzdaten. „Die Modellierung von Daten ist für Trimble in nahezu allen Technologiebereichen zentral“, beschreibt Klein. Historisch gesehen geht dies auf die Tekla-Technologie zurück. Das gleichnamige Unternehmen war bereits bei der Gründung 1966 in Finnland eines der ersten reinen Softwareunternehmen und hat seine technischen Wurzeln im digitalen Modellieren (digitaler Zwilling). Im Zuge der Unternehmensentwicklung stand das Thema Modellierung immer im Fokus. 2011 wurde Tekla von Trimble übernommen. Seitdem wird genau jenes Modellierungs-Know-how in fast allen Produktbereichen und Praxisprojekten des Unternehmens weltweit adaptiert, vor allem auch in dem Produkt für die Netzdokumentation Trimble NIS.

Trimble automatische Planung Kartenbasis

Mit der automatischen Planung auf Kartenbasis können verschiedene Szenarien schnell berechnet werden. Die Software optimiert dabei die Mittel- und Niederspannungsnetze je nach Gewichtung verschiedener Parameter, die der Planer einstellen kann. (Grafiken: Trimble Utilities)

Stromnetzbetreiber ziehen also Netzdaten aus allen Primärsystemen (GIS, Betriebsmitteldatenbank, Leitsysteme, ERP etc.) heran und bereiten diese modellbasiert auf. Vor allem werden topologische und geografische Daten auf besondere Weise verschnitten. Für diese Aufgabe liefert Trimble projektbezogene Unterstützung und stellt das Trimble NIS, in dem solche Aufgaben durchgeführt werden können, in einer „Light“-Version zur Verfügung.

Dieser Ansatz, der hierzulande auch unter dem Begriff des Asset Managements beschrieben wird, wurde von Trimble bereits ab der Jahrtausendwende auch in Finnland in Kooperation mit Hochschulen entwickelt und ist demnach weit ausgereift. Da in Skandinavien der Smart Meter-Rollout beispielsweise schon seit vielen Jahren in die Tat umgesetzt ist, kann die Trimble-Lösung nach Angaben des Unternehmens bereits viele Funktionalitäten bereitstellen, die zukünftige Entwicklungen in Deutschland vorwegnehmen, etwa die automatisierte Verwendung von Verbrauchs- und Einspeisedaten bis auf Hausanschlussebene. Diesen Funktionen kommen in Deutschland alleine durch die Anforderungen zum Redispatch 2.0 eine enorm wichtige Rolle zu. „Wie sie in der Netzplanung genutzt werden können, können wir heute bereits umfassend zeigen“, weiß Klein.

Paradigmenwechsel bei der Netzplanung

Die Planung von neuen Mittel- und Niederspannungsnetzen basiert unter anderem auf einer Kartendarstellung, wichtig ist aber, dass eine detaillierte Kostenanalyse hinterlegt ist. Darin berechnet der Network Optimizer Netze mit dem Ziel, die Kosten für den gesamten Lebenszyklus möglichst gering zu halten.

Neben den Investitionskosten (Netzbau und Material) werden beispielsweise auch jene für Netzverluste oder Instandhaltung berücksichtigt. Technisch gesehen werden alle Einspeise- und Lastdaten des Netzes (inklusive erwartbarer Szenarien) berücksichtigt und dann die optimale Netztopologie mit allen dazugehörigen Objekten wie Verteilerkästen, Schaltgeräten, Schaltanlagen oder Ortsnetzstationen bestimmt.

Auch das Routing, sprich die geografische Trassenführung, wird ebenso kostenoptimiert berechnet. Dafür stehen verschiedene Algorithmen wie z.B. Theta* (gesprochen Theta Star) zur Verfügung. Beim automatisiert durchgeführten Vergleich von Planungsalternativen kommen dabei oft sehr aufschlussreiche und teils überraschende Ergebnisse heraus, etwa bei der Frage, ob erdgebundene oder Freileitungen gewählt werden.

Trimble Optimierung Mittelspannung
Beispiel für ein optimiertes Mittelspannungsnetz. Je nach den spezifischen Bedingungen werden immer die minimalsten Lebenzykluskosten berücksichtigt. (Grafik: Trimble Utilities)

„Netzplanungs-Verantwortliche legen dabei sehr einfach und intuitiv fest, welche Bedingungen bei der automatisierten Planung berücksichtigt werden müssen, zum Beispiel bestehende Netzleitungen (Brown­field-Ansatz) oder Netzelemente wie Verteiler bzw. Ortsnetzstationen“, berichtet Klein. Alter und demnach auch der Restlebenszyklus des Bestandes werden mit einkalkuliert. „Das ist ja der Regelfall, daher führt der Network Optimizer eine wirklich vollständige und umfassende Bewertung des bestehenden Netzes durch“, so Klein.

Ebenso sind spezifische Bedingungen wie elektrotechnische Regeln, die auf Spannung oder auch die thermische Belastung abzielen, hinterlegbar. Obligatorisch ist dabei natürlich, dass auch der n-1-Fall abgedeckt wird.

Digitaler Planungs-Assistent

Eine weitere Dimension des Netzplanungstools bildet die Versorgungszuverlässigkeit des geplanten Netzabschnitts. Konkret arbeitet die Software mit minimalen „Life Cycle Costs“, wobei auch Versorgungsunterbrechungen berücksichtigt werden. „Dieser Wert ist entscheidend für die Dimensionierung der Netze und verändert die entsprechenden Kostengrößen enorm“, weiß Klein. Schließlich steigt mit den letzten Prozent Versorgungssicherheit der Aufwand exponentiell an – für den Netzbetreiber eine Binsenweisheit, die aber in der Software mit objektiven und belastbaren Zahlen unterfüttert wird. „Der Netzplaner hat so nicht nur garantiert, dass alle gesetzlichen Vorgaben und Regularien eingehalten werden, er kann auch den Zeitgewinn der optimalen Planung nutzen und seine Kompetenzen an anderer Stelle einbringen“, so Klein. Die Fleißarbeit macht schließlich der Trimble Network Optimizer. Die Software liefert zudem homogene Ergebnisse, die einfach in weiterführende Anwendungen übertragen werden können.

Verschiedene Planungsszenarien können einfach via unterschiedlicher Einstellungen (etwa Netzkosten oder geographierelevante Parameter) eingestellt werden. Dazu gehören auch die Anzahl von Abgängen in Umspannwerken, die Verwendung verschiedener Kabeltypen und Schaltgeräte, die Anzahl der Stationen oder die maximale Trafoleistung in Stichleitungen, also ein Parameter, der (Versorgungs-)Sicherheit und Kosten beispielsweise besonders stark beeinflusst.

Für Netzplaner, die sich die automatisierte Netzplanung mit dem neuen Produkt genauer anschauen wollen, bietet Trimble ein recht barrierefreies Testszenario: Da das Produkt nicht nur als On-Premise-Variante, sondern in erster Linie als cloudbasierte SaaS bereitgestellt wird, können Kunden einfach darauf zugreifen. Kunden können die Daten auch für Teilnetze in Form einer GeoJSON-Datei via Rest-API zur Verfügung stellen und so sehr schnell erste Erfahrungen machen. Über diese Schnittstelle werden dann auch die Ergebnisse kartenbasiert zur Verfügung gestellt. „Das ist technisch gesehen ein sehr einfacher Einstieg“, sagt Klein. (sg)

Trimble Utilities
Dipl.Ing. Martin Klein
martin.klein@trimble.com
www.utilities.trimble.de

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