Mit Erneuerbaren Energien wächst die Anzahl dezentraler Stromerzeugungsanlagen und an Energiespeichern. Sie können netzdienlich Strom einspeisen oder auch in kleinen Einheiten als Microgrids zusammengefasst werden. Solche Inselnetze können unabhängig vom Stromnetz die Energieversorgung in Wohnqu Contact online >>
Mit Erneuerbaren Energien wächst die Anzahl dezentraler Stromerzeugungsanlagen und an Energiespeichern. Sie können netzdienlich Strom einspeisen oder auch in kleinen Einheiten als Microgrids zusammengefasst werden. Solche Inselnetze können unabhängig vom Stromnetz die Energieversorgung in Wohnquartieren, Dörfern oder Stadtbezirken sichern.
Als Grundlage beschreiben die Normenreihen IEC 61850 und IEC 62351 die Standards für Aufbau, Organisation und Kommunikation von Microgrids intern und mit dem Stromnetz. Expertinnen und Experten arbeiten unter Leitung der DKE an der Weiterentwicklung dieser Normen.
Ein Microgrid ist ein lokales intelligentes Stromnetz. Auf Deutsch bedeutet Microgrid „Inselnetz". Fachleute sprechen auch von einem Teilnetz. Sie sind dabei von einem Smart Grid zu unterscheiden. Als Smart Grid werden intelligente Stromnetze der Netzbetreiber bezeichnet, die regelbasiert und automatisch für eine Netzstabilität sorgen.
Ein Microgrid ist ein Zusammenschluss von Stromerzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energien wie Solar- und Windkraft oder Blockheizkraftwerken sowie Energiespeichern zu einem lokalen Netz. Alle Komponenten sind über ein bidirektionales Leitungs- und Kommunikationsnetz sowie eine Software mit lokalen Verbrauchern verbunden. Microgrids können autark und damit unabhängig vom Smart Grid (Off Grid) agieren und eine dezentrale und lokale Stromversorgung aufrechterhalten. Oder sie können als eine Einheit in ein Smart Grid eingebunden sein.
Abhängig von der schwankenden Stromverfügbarkeit aus erneuerbaren Energien sorgen sie durch intelligente Steuerungssoftware für Versorgungssicherheit und Resilienz. Die Software ist so programmiert, dass sie große Verbraucher bei geringer Stromverfügbarkeit abschalten kann oder ihnen ein Signal gibt, wenn sie ans Netz gehen dürfen. Wichtige Basisfunktionen dieser lokalen Ebene wie Beleuchtung, Wasserversorgung und Telekommunikation haben Vorrang.
Je nach Angebot und Nachfrage können Microgrids Strom ins Smart Grid der Verteilnetzbetreiber oder benachbarte Microgrids liefern, wenn diese Bedarf anmelden. Oder sie beziehen Strom aus dem Netz, wenn die eigene Produktion gerade nicht ausreicht. Bei einem Blackout, der statistisch in Deutschland äußerst selten vorkommt, bleibt die lokale Netzstabilität im Microgrid gewährleistet.
Vielleicht hätten Microgrids auch die Folgen und die Bewältigung der Flutkatastrophe im Ahrtal beherrschbarer gemacht. Mehr als drei Wochen waren weite Teile der Stromversorgung im gesamten Flutgebiet unterbrochen, weil mehr als 100 Trafostationen und die Hauselektrik in den betroffenen Gebieten geflutet wurden. In dezentral organisierten Microgrids wären nicht unbedingt notwendige Verbraucher und gefährdete Erzeuger abgeschaltet worden. Die restlichen Bestandteile des Microgrids in sicheren Gebieten hätten weiter funktioniert und die Notfallversorgung sichergestellt.
Wenn das gesamte Stromnetz in Microgrids organisiert wäre, würden sich für Verteil- und Übertragungsnetzbetreiber ebenfalls Vorteile ergeben. Abhängig vom aktuellen Zustand, könnten sich alle Microgrids im Übertragungsnetz entweder als Verbraucher, Speicher oder Stromlieferant anbieten. Diese Dezentralität von Stromressourcen würde die Ausfallwahrscheinlichkeit verringern und somit die Resilienz erhöhen.
Bei einer lokalen Störung in einem Microgrid würden benachbarte Microgrids einspringen und die Ausfallsicherheit der Stromversorgung erhöhen. Bei einer Störung im Übertragungsnetz könnten sich Microgrids gegenseitig unterstützen. Und bei einem Kraftwerksausfall oder längeren und großflächigen Blackouts könnten intakte Microgrids gemeinsam die Versorgung beispielsweise der Beleuchtung, der Kranken- und Kühlhäuser oder auch Telekommunikationsnetze sowie Polizei, Feuerwehr selbst in einer Großstadt gewährleisten.
Die Aufgabe des Gremiums besteht im Erarbeiten von Anforderungen für den Betrieb elektrischer Energieversorgungssysteme zur zur Optimierung der Kosten, Versorgungsqualität und Sicherheit.
Darüber hinaus baut DKE/K 261 das Thema Microgrids stark aus und beschäftigt sich mit Planung, Betrieb, Überwachung und der Integration von Microgrids in angrenzende Netze. Die resultierenden Anforderungen an Erzeuger werden ausgearbeitet und auf internationaler Ebene kommuniziert.
Herzstück eines Microgrids bilden neben Erzeugern, Speichern und Verbrauchern elektronische Komponenten wie Sensoren und Aktoren, Software und ein bidirektionales Leitungs- und Kommunikationsnetz. Über diese elektronischen Komponenten steuert sich ein Microgrid regelbasiert selbst. Grundlagen bilden die internationalen Normenreihen IEC 61850 und IEC 62351.
Die Normenreihe IEC 61850 definiert Regeln für ein Übertragungsprotokoll der Leittechnik elektrischer Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik für eine automatisierte Steuerung.
Die Normenreihe IEC 62351 thematisiert Cybersecurity für die Kommunikationsprotokolle in der Energieversorgung. Sie beschreibt und definiert Mindestanforderung an eine sichere Datenübertragung und Datenverarbeitung in Energiemanagementsystemen wie Vertraulichkeit, Datenintegrität, Authentifizierung und Unleugbarkeit.
Bereits 2004 in der ersten Version der IEC 61850 stand die Integration dezentraler Energieressourcen sowie die Verwaltung von Großkraftwerken auf der Anforderungsliste der Normenreihe. Sie verfolgte das Ziel, die beste Abdeckung der gesamten Versorgungsseite in anfänglich großen Übertragungsnetzen bereitzustellen. Mittlerweile sind diese Regeln auch auf Komponenten in Microgrids ausgeweitet.
Ein weiteres Ziel der Normenreihe IEC 61850 ist es, die Interoperabilität zwischen Komponenten und Geräten verschiedener Zulieferer herzustellen. Dafür sorgen standardisierte Datenmodelle sowie eine allgemein verbindliche Semantik.
Alle Geräte, die nach der Normenreihe entwickelt und zertifiziert wurden, sind untereinander kompatibel und in der Lage, die Datenmodelle und die Semantik anzuwenden. Die Normenreihe IEC 61850 ermöglicht so eine innovative und offene Schnittstellenfähigkeit. Damit gewährleistet sie eine herstellerunabhängige und skalierbare Architektur, mit der neue Energielandschaften gestaltet und bestehende weiterentwickelt werden können.
Die elektrischen Energieversorgungssysteme der Zukunft müssen höhere Anforderungen als bisher erfüllen. Smart Grids basieren auf intelligenten Konzepten für das Zusammenspiel von Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Verbrauchern.
Mit umfangreichen Aktualisierungen und Ergänzungen gibt dieses Fachbuch einen aktuellen und fachkundigen Überblick zu den wesentlichen Aspekten moderner Technologien in Erzeugung, Übertragung und Verteilung der elektrischen Energieversorgungssysteme der Zukunft.
In einem Microgrid mit automatischer Steuerung der Stromflüsse ist eine zentrale Handelsplattform zu aufwendig. Vor allem, wenn künftig Millionen Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien, tausende Microgrids und Millionen Verbraucher*innen, die gleichzeitig mit ihren Elektroautos auch zu Stromlieferanten (Prosumer) werden, müssen auch die Leistungsbilanzierung und die Zahlungsströme automatisiert werden. Hier kommt die Blockchain ins Spiel.
Bekannt ist die Blockchain von Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum. Mit diesem System lassen sich aber nicht nur Währungen managen und handeln, sondern alle möglichen Werte, Verträge und sonstige Assets in Transaktionen austauschen.
Dokumentiert werden die Transaktionen in einem Register, dem Distributed-Ledger, das identisch auf jedem Computer (Knoten; Knots) der Partner liegt. Jede Transaktion wird simultan in jedem Knot und jedem Ledger als ein unveränderlicher Datensatz verbucht. Kein Teilnehmer einer Blockchain kann in dem Ledger Änderungen vornehmen. Jede Transaktion ist als Datenblock mit dem vorhergehenden und dem nachfolgenden unumkehrbar verbunden. Deshalb auch der Name „Blockchain".
Die Technik gilt als fälschungssicher und lässt sich für alle Arten geschäftlicher und privater Transaktionen einsetzen. Aus diesem Grund lassen sich auch gelieferte Kilowattstunden dokumentieren und verwalten.
Erste Projekte in Deutschland zeigen, dass die Blockchain im Energiehandel mit einer großen Anzahl von Akteuren sinnvoll sein könnte. Weil direkter Handel zwischen zwei Akteuren (Peer to Peer) möglich ist, werden Intermediäre überflüssig, wodurch gleichzeitig die Transaktionskosten sinken.
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