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Laut einer Erhebung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE lag der Anteil erneuerbarer Energien an der bundesweiten Nettostromerzeugung im Jahr 2021 bei knapp 46 Prozent. Das ist ein Rückgang um etwa 4 Prozentpunkte gegenüber 2020, was dem ISE zufolge hauptsächlich auf eine witterungsbedingte Minderproduktion von Windkraftanlagen zurückzuführen ist.
Gleichwohl bleibt Windkraft mit jährlich mehr als 113 Terawattstunden (TWh) die bedeutendste Energiequelle für die deutsche Stromproduktion – gefolgt von Braunkohle, Kernenergie, Gas, Photovoltaik, Steinkohle, Biomasse und Wasserkraft. Zum Vergleich: Solaranlagen speisten 2021 gut 44 TWh in das öffentliche Stromnetz ein.
Insgesamt bestätigen die ISE-Zahlen die anhaltende Stagnation beim Ausbau erneuerbarer Energien – was nicht nur im Hinblick auf die nationalen Klimaziele ein unhaltbarer Zustand ist: Mehr Tempo braucht die Energiewende insbesondere vor dem Hintergrund des russischen Angriffskriegs auf die Ukraine. Denn perspektivisch muss die Stromversorgung hiesiger Unternehmen und Privathaushalte ohne importabhängige fossile Energieträger gelingen. Insofern haben die regenerativen Energiequellen neben der angestrebten CO2-Neutralität auch eine wichtige geostrategische Bedeutung für die Bundesrepublik gewonnen.
Standards für verlässliche Stromqualität im Netz
Viel wird derzeit über verschiedene Möglichkeiten zur schnelleren Umsetzung der Energiewende diskutiert. Die Vorschläge reichen von verkürzten Planungszyklen für Windräder bis hin zu einer Solardachpflicht für Neubauten. Was dabei oftmals untergeht: Auch die Digitalisierung an der Peripherie der Versorgungsinfrastruktur – speziell an den dezentralen Einspeisepunkten – ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für den Breiteneinsatz erneuerbarer Energiequellen.
Die rechtlichen Grundlagen für eine normierte Stromeinspeisung hat der Gesetzgeber bereits 2018 gelegt, vor allem mit der Überarbeitung der sogenannten „Anwendungsregel für Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“ (VDE-AR-N 4105:2018-11) sowie mit der Novellierung der früheren BDEW-Richtlinie für Mittelspannungsanlagen (VDE-AR-N 4110:2018-11). Zusammen mit weiteren technischen Festlegungen hat Deutschland damit den europäischen Standardansatz „Requirements for Generators“ (RfG) in nationales Recht überführt.
Das wesentliche Ziel der RfG besteht darin, die Stromqualität insbesondere hinsichtlich der Spannungs- und Frequenzstabilität auch bei stark steigenden Zahlen an dezentralen Einspeisepunkten europaweit sicherzustellen. Betreiber von Windkraft- und Solaranlagen benötigen daher zunächst einmal eine robuste RfG-konforme Schalttechnik – etwa das Überwachungsrelais CM-UFD.M31M von ABB: In Kombination mit einem passenden Kuppel- sowie Leistungsschalter wie dem ABB Tmax XT erfüllen Betreiber dann die gesetzlichen Anforderungen zum Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) sowohl im Niederspannungs- als auch im Mittelspannungsbereich mit einer einheitlichen Technologieplattform.
Schalttechnik mit Digitalisierungspfad
Darüber hinaus aber zeichnet sich die Schalttechnologie von ABB durch ihre vielseitige Konnektivität aus, die eine digitale Vernetzung zum Beispiel über die Kommunikationsschnittstelle Modbus RTU erleichtert: Relais und Leistungsschalter lassen sich damit problemlos in eine übergeordnete Cloudlösung einbinden.
Relevante Betriebsinformationen wie Daten aus der relaisintegrierten Frequenzgradienten-Überwachung, gespeicherte Abschaltursachen sowie Einspeiseleistungszahlen stehen somit an zentraler Stelle für unterschiedliche Auswertungen zur Verfügung. Überdies ermöglicht eine zentrale Cloudanwendung wie der ABB Ability Energy and Asset Manager ein durchgängiges und einfaches Monitoring sämtlicher Schaltelemente in einem System.
Dies allein schon führt zu signifikanten Einsparungen im laufenden Betrieb. Denn der Zustand sämtlicher Schaltanlagen dezentraler Energieerzeuger ist dank Cloudanbindung auch ohne zeit- und kostenintensive Vor-Ort-Inspektionen jederzeit bekannt.
Außerdem schafft die Onlineverfügbarkeit hochaktueller Status- und Betriebsinformationen die Voraussetzung für vorausschauende Wartungskonzepte: Instandhaltungs- und Optimierungsmaßnahmen richten sich dann nicht mehr nach einem vorab festgelegten Wartungsturnus, sondern nach der tatsächlichen Beanspruchung und dem konkreten Verhalten der betreffenden Schaltkomponente. Sinkende Maintenance-Kosten gehen mit höherer Betriebssicherheit einher – was sich wiederum positiv auf die Stromqualität der dezentralen Netzeinspeisung auswirkt.
Zugleich verlängert ein smartes Wartungskonzept ebenso die Lebensdauer hochwertiger Schaltelemente und reduziert somit auf lange Sicht den diesbezüglichen Investitionsbedarf. Nicht zuletzt ermöglicht die Echtzeitaggregation von dezentralen Einspeiseinformationen via Cloudanbindung den Einsatz von Künstlicher Intelligenz – etwa, um aus dem komplexen Zusammenspiel unterschiedlicher Einflussfaktoren per Mustererkennung bevorstehende Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch zu antizipieren. Entsprechend frühzeitig können Netzbetreiber auf Netzwerkschwankungen wie Unterversorgung reagieren.
Fazit
Bei der technischen Umsetzung der gesetzlichen Vorgaben im Umfeld des RfG-Regelwerks sollten Betreiber von Windkraft- und Solaranlagen die Chance zur Cloudintegration ihrer Schalttechnik keinesfalls verpassen.
Gesamtgesellschaftlich leistet diese Technologie einen unverzichtbaren Beitrag zur höheren Wirtschaftlichkeit regenerativer Energien. Sie stärkt damit wesentlich den Klimaschutz ebenso wie die wichtige Energiesouveränität Deutschlands in einer geopolitisch grundlegend veränderten Welt.
