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Bei Netzausfall auf Inselsystem setzen

16.09.2022 – Stromausfall im Münchner Süden: die Straßen dunkel, alle Häuser ohne Licht, keine einzige Ampel funktioniert. Als Ursache wird aufgeführt, dass in einem Umspannwerk ein Transformator explodiert sein soll. Ein Hausbesitzer hat sich am Tag des Netzausfalls besonders geärgert: Er hatte für sein privates Wohnhaus von einem lokalen Elektrounternehmen eine Notstromversorgung installieren lassen, die bei Stromausfall im öffentlichen Netz selbstständig und unterbrechungsfrei für Vollversorgung mit Wärme und Strom sorgen sollte. Als der Ernstfall eintrat, versagte das System – das Anwesen blieb dunkel. Das hat die Powertrust GmbH aus Bremen geändert: Das Bremer Unternehmen hat eine sektorengekoppelte Notstromversorgung bestehend aus Stromspeicher, Photovoltaik und BHKW entwickelt und realisiert. Außerdem wurde eine Gas-Zentralheizung als Back-up in das System integriert.

Netzausfall: statistisch 11 Minuten – praktisch auch mal Stunden

Der statistische Mittelwert für einen Stromausfall lag 2020 in Deutschland bei 11 Minuten, 2006 waren es noch 22 Minuten, wie die Bundesnetzagentur informiert. Statistisch gesehen nimmt die Dauer der Stromausfälle also ab, was allerdings nicht bedeutet, dass Stromausfälle von mehreren Stunden nicht möglich sind. Bei einem langanhaltenden Blackout fallen neben elektrischer Beleuchtung auch Telekommunikation, Heizung, Kühlung, Torantriebe und Fahrstühle aus. Wer nicht gegen Stromausfall abgesichert ist, sitzt im Dunkeln oder, wenn es blöd läuft, im Fahrstuhl. Für eine zuverlässige Absicherung gegen Stromausfall sind Wissen und Technik notwendig – und das kostet Geld. Wird an der falschen Stelle gespart, bleiben bei Netzausfall die Lichter aus und die Fahrstuhltüren geschlossen – so geschehen 2018 im Münchner Süden.

Installierte Technik versagt

Ein privates Wohnhaus im Münchner Süden – 2.000 Quadratmeter Wohnfläche, Grundstück direkt am See – wurde von einem lokalen Elektrounternehmen mit unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV) und Blockheizkraftwerk (BHKW) gegen Stromausfall im öffentlichen Netz abgesichert – vermeintlich. Beim ersten Stromausfall versagte die installierte Technik allerdings und die Versorgungsunterbrechung hielt sich auch nicht an das statistische Mittel von 11 Minuten – sie dauerte 12 Stunden.

Fehleranalyse und Neuaufbau

Grund für das Komplettversagen des installierten Notstromsystems war eine Gemengelage aus Mess-, Auslegungs- und Planungsfehlern: Nach dem Versagen der vorhandenen Technik wurde die Powertrust GmbH aus Bremen mit Planung und Neubau der Notstromversorgung beauftragt. Die Aufgabe war, die im Gebäude installierte Energietechnik so abzusichern, dass eine unabhängige Energieversorgung für mehrere Tage sichergestellt werden konnte.

Haus am See PV Anlage

Das Haus am See aus der Vogelperspektive mit knapp 30 kWp Photovoltaikanlage. Foto: © Powertrust GmbH

Netzunabhängiges Inselsystem

Der Auftraggeber wollte ein netzunabhängiges Inselsystem, das bei Ausfall der öffentlichen Stromversorgung eine unterbrechungsfreie Vollversorgung des gesamten Anwesens mit allen elektrischen Verbrauchern im Parallelbetrieb sicherstellen konnte: Beleuchtung, elektrische Kleingeräte, Kommunikationstechnik, Entertainment aber auch Großverbraucher wie Fahrstuhl, das Schwimmbad, dessen Temperatur auf konstanten 24° Celsius gehalten werden sollte – und das BHKW musste für die Langzeit-Wärme- und Stromversorgung anfahren können.

Notstrom mit Stromspeicher und Photovoltaik für mehrere Tage

Die Ingenieure und Techniker von Powertrust haben dem System so viel Leistung gegeben, dass bei einem Netzausfall bei laufender Grundversorgung des Anwesens der Aufzug und das BHKW parallel hochgefahren werden können.

Um die erforderliche Leistung für den Notfall vorzuhalten, wurde ein Stromspeicher mit 80 Kilowattstunden Nettokapazität installiert. Er bildet bei Netzausfall die erste Absicherung und sorgt mit USV und Notstromversorgung vollautomatisch für unterbrechungsfreie Vollversorgung des Anwesens. Das Gas-BHKW funktioniert bei Netzausfall als Generator für Verbrauchsstrom und zum Nachladen der Stromspeicher. Eine 30 Kilowatt peak-Photovoltaikanlage mit MaxeonModulen der Marke SunPower liefert mit bis zu 22,7 Prozent Wirkungsgrad in Kombination mit SolarEdge-Optimierern einen Mehrertrag für zusätzlichen Gebäude- und Ladestrom. Eingebunden ist die Photovoltaik in den galvanisch vom öffentlichen Netz getrennten Stromkreis. Sie soll vor allem im Sommer dafür sorgen, dass die BHKW-Laufzeiten, Abwärme und Gasverbrauch reduziert werden. Die Gasheizung ist ein reines Backup zur Wärmeversorgung – nur für den Fall, dass das BHKW einmal nicht zur Verfügung steht – zum Beispiel während einer Wartung.

Galvanisch getrennt – sicher versorgt, auch bei Blackout

Die Versorgung des Anwesens wurde in zwei voneinander unabhängige Stromkreise aufgeteilt: Ein Stromkreis ist durch zwei Transformatoren galvanisch komplett vom öffentlichen Netz getrennt – laut Powertrust eine sichere und zuverlässige Lösung, weil bei Netzausfall die Versorgung aus Speicher, BHKW und Photovoltaik bereits als Inselsystem arbeitet und ohne Verzögerung übernehmen kann. Der zweite Stromkreis wird bei Ausfall des öffentlichen Stromnetzes mechanisch vom öffentlichen Netz getrennt und vom ersten Stromkreis mitversorgt.

Ab auf die Insel!

Die Kombination aus 80 Kilowattstunden Speicherstrom, Blockheizkraftwerk und SunPower-Solarstromanlage stellt genug Erzeugungsleistung und Speicherkapazität zur Verfügung, um das Haus am See unabhängig vom öffentlichen Stromnetz zu betreiben – wenn nötig für viele Stunden oder sogar Tage. Die Leistung der Batteriewechselrichter ist dabei so ausgelegt, dass die Anlaufströme aller Verbraucher auch für einen parallelen Start berücksichtigt sind. Die intelligente Mess- und Regeltechnik erlaubt es darüber hinaus, bei Bedarf Lasten abzuwerfen.

Datenspeicher und Monitoring für nachhaltigen Betrieb

Industrietechnik soll bei allen verbauten Komponenten zuverlässig und dauerhaft nachhaltige Leistung garantieren. Bei Stromspeicher, Wechselrichtern und Akkumulatoren handelt es sich um individuell geplante und vor Ort montierte hochwertige Komponenten, die – soweit möglich – in Deutschland und Europa hergestellt worden sind. Alle Hard- und Softwarekomponenten sind Eigenentwicklungen der Firma Powertrust, die in eigenen Produktionslinien in Deutschland am Standort Oyten gefertigt werden. Im Stromspeicher ist ein Industrie-Rechner für Kommunikation, Datenverarbeitung, Energie- und Batteriemanagement verantwortlich. Ihm zur Seite stehen zwei Festplatten mit Kapazitäten von mehreren Terabyte für Betriebssystem, Energiemanagementsystem (EMS) und Batteriemanagementsystem (BMS) sowie als Massespeicher für Dokumentation, Archivierung und Datenablage.

Nach Angaben von Powertrust überprüft das System 20-mal pro Sekunde Messwerte von Akkus und Batterien und archiviert im 10-Sekunden-Takt alle Betriebszustände. Meldeerfassung, Fernwartung und Monitoring sind systemintegriert. Unregelmäßigkeiten sollen in Bruchteilen von Sekunden erkannt und Reaktionen schnell eingeleitet werden können. Die Bauweise des Speichers ist modular. Einzelne Komponenten lassen sich vor Ort schnell und einfach tauschen, sodass im Falle eines Komponentenproblems der Betrieb ohne lange Unterbrechung weitergeführt werden kann.

Geprüfte Technik

Das gesamte System wurde vor der Installation im Testaufbau im Entwicklungslabor geprüft. Nach der Installation im Anwesen wurden sowohl der netzparallele Betrieb als auch der Betrieb bei Netzausfall umfangreich getestet. Den nächsten Blackout nach dem Neubau des Systems haben die Betreiber erst bemerkt, als die Nachbargebäude dunkel blieben. Für die Betreiber jedoch seien die Lichter nicht ausgegangen. (ds)

www.powertrust.de