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Von der Fertigungsautomatisierung lernen: In Smart Grids wie in der Industrie kommunizieren

Die Anforderungen an die Kommunikationstechnik in den künftigen Energienetzen ähneln denen in der Fertigungsautomatisierung: Sowohl für die Industrie als auch für Smart Grids ist eine sichere, robuste und zuverlässige Kommunikationstechnik unerlässlich.

SG-gateway von HMS Industrial Networks Bildquelle: © HMS Industrial Networks

Die »SG-gateways« sorgen für die nötige Logik zwischen verteilten Ressourcen und der Leitwarte. Mit ihrer Hilfe führen die verteilten Ressourcen die Befehle aus der Zentrale (z.B. Last oder Erzeuger anschalten oder ausschalten) aus.

Mit der Zunahme der erneuerbaren Energien (EE) im Strommix anlässlich der Energiewende wachsen die Anforderungen an die Stromnetze. Bisher waren die Netze für ein Szenario mit zentraler Erzeugung konzipiert, in dem die konstant erzeugte Energie unidirektional von den Kraftwerken in Richtung der Verbraucher floss.

Heutzutage ändert sich dieses Szenario mit der Verbreitung der EE radikal. Durch die dezentralen Energieressourcen (DER) – hauptsächlich Photovoltaik- (PV) und Windenergieanlagen (WEA), jeweils angeschlossen am Nieder- und Mittelspannungsnetz – fließt die Energie in beide Richtungen. Die Verbraucher werden teilweise zu Produzenten und werden dann als Prosumers bezeichnet. Die wichtigste Veränderung jedoch ist die Volatilität der Stromerzeugung aus EE.

Last-Management und virtuelle Kraftwerke

Um den neuen Anforderungen an das Stromnetz gerecht zu werden, entstehen heutzutage innovative Applikationen wie das Last-Management oder virtuelle Kraftwerke. Bisher folgte die Erzeugung der Nachfrage. Wenn mehr Energie im Stromnetz benötigt wurde, erzeugte man einfach mehr Leistung in den Kohle-, Gas- oder Atomkraftwerken. Mit EE lässt sich diese Strategie nicht mehr verfolgen, denn es liegt nicht in unserer Hand, wann die Sonne scheint oder wie viel Wind weht. Mit Last-Management versucht man, die Nachfrage an die aktuelle Erzeugungssituation anzupassen, indem elektrische Lasten gedrosselt oder sogar ganz ausgeschaltet werden. Die Kunden, die den Stromnetzbetreibern diese Flexibilität und Anpassungsfähigkeit anbieten, profitieren von den in der AbLastV (Verordnung zu abschaltbaren Lasten) definierten Prämien.

Die AbLastV ist eine im Dezember 2012 angenommene Verordnung, die die Nutzung abschaltbarer Lasten in der Industrie zur Stabilisierung der Übertragungsnetze und somit zur Versorgungssicherheit fördern soll. Unter abschaltbaren Lasten versteht man stromintensive Industrieprozesse, die sich kurzfristig deaktivieren oder drosseln lassen, wenn die Stromnetzfrequenz dies erfordert. Die abschaltbaren Lasten finden sich besonders in der verarbeitenden Industrie, etwa in Papierfabriken, Kläranlagen, öffentlichen Gebäuden, Bierbrauereien oder Siliziumfabriken (siehe: »Energiewende: Fabriken werden wetterfühlig«, Spiegel Online [1]).

Netbiter-Familie von HMS Industrial Networks Bildquelle: © HMS Industrial Networks

Für die Kommunikation zwischen der Leitstelle und verteilten Verbrauchern sorgen beispielsweise die 3G-Gateways der Netbiter-Familie.

Solche Last-Management-Anwendungen gibt es in den Ländern Europas, die die EU-Richtlinie 2012/27/EU zur Energieeffizienz schon in nationales Recht umgesetzt haben. Die Richtlinie fordert unter anderem die Einführung von Last-Management. England ist ein gutes Beispiel für DR-Applikationen (Demand Response). Dort vernetzt beispielsweise die Firma Limejump Klimaanlagen, Generatoren oder Blockheizkraftwerke für die Fernsteuerung mit ihrer Leitwarte. Für die Kommunikation zwischen der Leitstelle und den verteilten Verbrauchern kommen die 3G-Gateways der Netbiter [2]-Familie von HMS [3] zum Einsatz. Wenn die Erzeugung mit erneuerbaren Energien den aktuellen Energiebedarf nicht abdecken kann, sendet der Übertragungsnetzbetreiber Signale an Limejump und andere DR-Aggregatoren, damit sie die Last ihrer Kunden vom Netz nehmen (entweder automatisch, wenn die Endanwender damit einverstanden sind, oder die Endanwender werden darüber informiert und entscheiden selbst) und damit das Gleichgewicht im System wiederherstellen.

Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Zusammenschluss dezentraler EE-Erzeuger, etwa von Biogas-, Kraft-Wärme-Kopplungs- (KWK), Windenergie-, Solar- und Wasserkraftanlagen, zum Zweck der gemeinsamen Stromvermarktung und zur Übernahme von Netzverantwortung, beispielsweise zur Bereitstellung von Regelenergie. Über eine zentrale Leitwarte werden alle im virtuellen Kraftwerk vernetzten und regelbaren Anlagen angesprochen. Die Einspeisung von Energiereserven, zum Beispiel aus Notstromaggregaten oder Dieselgeneratoren, kann eine kritische Lage im Stromnetz entspannen, wenn gerade nicht genug Leistung aus den EE erzeugt wird.

Beide Konzepte, Last-Management und virtuelle Kraftwerke, verfolgen letztlich dasselbe Ziel, nämlich das Gleichgewicht im Stromnetz zwischen Erzeugung und Nachfrage wiederherzustellen. Dies geschieht durch die Verringerung der Nachfrage, die Steigerung der Erzeugung oder eine Kombination der beiden Faktoren.