Projektgruppe Smart Grids

Die Integration von 20% und mehr an erneuerbaren Energien, wie in den Klimaschutzzielen der Europäischen Union definiert, erfordert eine sorgfältige Prognose der Last und Erzeugung und eine Planung des Netzbetriebs. Zusammen mit dem Projektpartner HSE arbeitet der Fachbereich EIT an der Entwicklung von Planungs- und Trainingswerkzeugen (Bild 1, Bild und 2) und bereitet den Einsatz vor.

SmartGrids-Kern der künftigen Stromversorgung- sind virtuell zusammengefasste Netzgebiete, die über eigene, dezentrale, regenerative Erzeugungen verfügen. Das Stadtnetz einer mittelgroßen Stadt ist ein typisches SmartGrid. Die Intelligenz entsteht mit eigenen Speichern, ihrer Bewirtschaftung und dem Management des virtuellen Gebietes mit dem Ziel, den Leistungsaustausch zum überlagerten Drehstromnetz nach einem Fahrplan verlässlich und preisgünstig zu gestalten. Auch Endkunden können fallweise als aktive Partner teilnehmen: Durch häusliche Heizsysteme mit kombinierter Strom- und Wärmeerzeugung, mit eigenen Speichern und später einmal mit batteriebetriebenen Fahrzeugen, die auch in einen Leistungsaustausch mit dem Netz geschaltet werden können. 

Die Prognose der Erzeugung und Last ist ein erster, wichtiger Schritt. Längerfristige Vorplanungen werden kurzfristig aktualisiert, beispielsweise 24 Stunden im voraus. Dabei werden veränderte Kundenstrukturen, das Verbrauchs-verhalten, Wettereinflüsse und andere stochastische Größen mit berücksichtigt. Zur Lastprognose dienen neben aktuellen Prozessdaten auch historische und synthetische Lastprofile. Prognoseverfahren auf Basis künstlicher neuronaler Netz berechnen die Lastprofile typischerweise auf 95% genau oder besser. Die Erzeugungsprognose ist schwieriger, da die Wind-, Wasser- und Solarenergie fluktuierenden Wetterbedingungen und lokalen Einflüssen unterliegt.

Die Energie aus regenerativen Quellen steht nicht immer zur Verfügung und Prognosefehler sind aufzufangen. Speicher helfen, Energie zu puffern und im Bedarfsfall zur Verfügung zu stellen. Pumpspeicherkraftwerke werden bereits eingesetzt, sind aber nicht überall möglich. Für Speicher sind noch Entwicklungsarbeiten zu leisten: Batteriespeicher, adiabatische Druckluftspeicher, Wasserstoffspeicher, Supraleiter und Schwungradspeicher sind denkbare Lösungen, an denen weitere Entwicklungsarbeiten anstehen.

Mit heutiger Batterietechnologie bestehen zwei Möglichkeiten für Speicher: Ein zentraler Großspeicher oder eine Anzahl kleiner, dezentraler Speicher auf der Kundenseite. Für eine gute Glättung der 24h- Kundenlastkurve, so zeigen Beispielrechnungen, genügt ein 4 kWh-Speicher in jedem zweiten Haushalt (Bild 3), das sind etwa acht Standard-Autobatterien. Lade- und Entladebefehle für die Speicher werden von der Leitzentrale an Haushaltsgruppen gesendet. So wird der Kunde zum Partner des EVU.

DSM bedeutet Steuerung des Kunden-Lastverbrauchs. DSM stellt eine weitere Möglichkeit zum Ausgleich von Erzeugung und Last durch dynamische Tarife bereit. Bei Energie-überschuss soll ein Niedrigtarif den Verbrauch anregen, bei Engpässen ein Hochtarif den Verbrauch drosseln und zeitlich verschieben. Der Anreiz ist mit einer Kostenreduzierung für den Kunden verbunden und die Tarife müssen zu dem den aktuellen Preisrahmen der Strombörse passen.

Für den Klimaschutz sind die bestehenden passiven und zentral strukturierten Stromnetze, zu aktiven, intelligenten Versorgungsnetzen mit vielen dezentralen, regenerativen Erzeugern zu verändern.

Unsere Kooperation

In Kooperation mit der HSE entwickelt der Fachbereich EIT Prognose- und Planungswerkzeuge zum Design und Betrieb von SmartGrids. Das h_da Trainingssystem wird für die Schulung des Betriebspersonals zur Bewältigung der künftigen Praxisaufgaben weiterentwickelt.

Kontakt

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Herr Thorsten Heiko Fiedler
OHP Automation Systems GmbH
63110 Rodgau

Weitere Mitarbeiter

Das Projekt wird durch studentische Mitarbeiter aus Deutschland, USA, Irland, indeien, Rumänien, Kamerun u.a. unterstützt.

Publikationen

Hier finden Sie alle Veröffentlichungen der Projektgruppe SmartGrids seit 2006. Einige der Beträge sind online zum Download im PDF-Format verfügbar, klicken Sie dazu bitte auf den Link unter der jeweiligen Publikation.