Erneuerbare Energiequellen wie etwa Wind- und Solarenergie führen zu Schwankungen in der Stromversorgung, da beispielsweise die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht immer gleichmäßig weht. Zudem führen auch der Trend zum Kauf von Elektrofahrzeugen, größere Rechenzentren sowie die allgemeine Elektrifizierung in allen Bereichen dazu, dass die Anforderungen an das Stromnetz zunehmen. Gleichzeitig steigt mit der wachsenden Zahl von heftigen Unwettern auch besonders das Risiko großflächiger Stromausfälle.
Trotz dieser Veränderungen müssen die Netze weiterhin zuverlässig Strom liefern. Das Netz muss daher flexibler und stabiler werden, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Kurz gesagt, es muss „smarter“ werden. Das bedeutet, alle Informationen müssen zur Verfügung stehen, die notwendig sind, um Strom für alle Kunden beziehungsweise Verbraucher sicher, zuverlässig und mit minimalen Ausfallzeiten bereitzustellen.
Transparent und zuverlässig
Die Zuverlässigkeit des Stromnetzes wird anhand des System-Average-Interruption-Duration-Index (SAIDI) gemessen, der die durchschnittliche Versorgungsunterbrechung pro angeschlossene Verbraucher innerhalb eines Kalenderjahres angibt. Wenn mehr Informationen über den Lastfluss in einem Netz gesammelt werden, lassen sich im Falle einer Störung fehlerhafte Leitungen leichter identifizieren und die Stromversorgung schneller wiederherstellen – somit werden Ausfallzeiten verringert und eine höhere Zuverlässigkeit geboten.
Hierfür liefern Sensoren wichtige Informationen über die Spannung und den Strom an einem bestimmten Punkt dem Verteilnetz. Diese Informationen tragen dann auf verschiedene Weise zu einem stabileren Netz bei.
Wartung optimieren
Einige Sensoren erkennen intermittierende Fehler und Stromspitzen, die zwar nicht zu einem Ausfall führen, aber das Potenzial für einen zukünftigen Stromausfall angeben können. Durch die Erfassung von Daten über die Häufigkeit dieser Stromspitzen sind Versorgungsunternehmen in der Lage, Schwellenwerte für Warnungen festzulegen sowie fehlerhafte Komponenten zu reparieren oder zu ersetzen, bevor es zu Ausfällen kommt.
TE Connectivity hat ein dediziertes Gerät entwickelt, das zudem Teilentladungen zuverlässig erkennen kann, die eine Vorstufe zu intermittierenden Fehlern oder einem Ausfall darstellt. Kombiniert mit Fernmeldefunktionen bieten diese Geräte den Versorgungsunternehmen noch mehr Informationen, die dazu beitragen, Störungen von vornherein zu vermeiden. Das Ergebnis: Zusätzlich zu der erhöhten Zuverlässigkeit kann durch die Verringerung der Anzahl von Erdschlüssen auch die Gefahr von Waldbränden in trockenen Klimaregionen verringert werden, da Fehler im Verteilnetz eine maßgebliche Ursache dafür sind.
Fehlerortung beschleunigen
Bisher musste bei der Fehlersuche im Verteilernetz manuell überprüft werden, an welcher Stelle zwischen den Umspannwerken, den Kabelstrecken, den Ortsnetzstationen (ONS) oder den Transformatoren sich der Fehler befindet. Durch die Installation spezieller Sensoren, sogenannter Fehlerstromanzeiger (FCI), an Stromleitungen lassen sich Störungen genauer lokalisieren. Danach kann der Strom auf Teile des Netzes umgeleitet werden, die ihn sicher aufnehmen können. Die zügige Fehlerortung bedeutet, dass die Arbeiter schneller vor Ort sein können, um den Strom entsprechend umzuleiten und mit der Reparatur zu beginnen.
Stromumleitung fernsteuern
Der Einsatz von Fernwirkmodulen in ONS ermöglicht es, dass diese Arbeitsschritte noch weiter beschleunigt werden. Durch die Fernsteuerung von Schaltanlagen können Versorgungsunternehmen den Strom um eine Störung herumleiten, ohne dafür Personal einsetzen zu müssen. Systeme, die in der Lage sind, diese Fernschaltung zu automatisieren, verkürzen die Reaktionszeiten noch weiter, indem sie den Strom auf intelligente Weise umleiten, sobald ein Fehler erkannt wird.
Diese besondere Art der automatischen Umleitung ist auch für die Stromversorgung kritischer Infrastrukturen wie Krankenhäuser oder Tunnelbelüftungsanlagen nützlich. Für solche Fälle werden die Verbraucher über eine zweite unabhängige Leitung an die Stromversorgung angeschlossen. Wenn dann das System eine Störung erkennt, trennt es automatisch die defekte Leitung und schließt die intakte an, sodass die Stromversorgung in Sekundenschnelle wiederhergestellt ist – ähnlich wie ein großformatiger Generator.
Grundlagen für flexiblere Netze
Voraussetzung für den Ausgleich elektrischer Lasten in einem Smart Grid, das von einer immer vielfältigeren Kombination von Stromquellen gespeist wird, ist die automatische Umleitung. Für die Einbeziehung schwankender Erzeuger aus erneuerbaren Energiequellen müssen die Stromversorger in der Lage sein, Echtzeitdaten zu verarbeiten. So können Angebot und Nachfrage besser ins Gleichgewicht gebracht und austariert werden. Diese Intelligenz ist auch notwendig, um mehr dezentrale Energiequellen in das Netz einbinden zu können und gemeinsam mit den zentralen Kraftwerken, die heute Strom liefern, ihre Leistung an die Nachfrage in ihrem Versorgungsgebiet anpassen zu können. Damit eine gleichmäßige Stromversorgung aufrechterhalten werden kann, wenn sowohl das Angebot als auch die Nachfrage über ein breiteres Spektrum von Energiequellen schwanken, müssen die Anbieter einen besseren Überblick über das gesamte Stromerzeugungs- und Verteilungssystem haben.
Ohne Daten keine Planung
Die von den vielen unterschiedlichen Sensoren gesammelten Daten sind auch ein Ausgangspunkt für die Planung grundlegender Änderungen des Netzes, da sich die Dynamik von Stromangebot und -nachfrage weiter verändert. Zusätzlich können qualitativ hochwertige Daten längerfristige Aufgaben wie die Planung von Netzerweiterungen oder Wartungsarbeiten unterstützen. Ohne genaue Kenntnis der Bedürfnisse eines lokalen Verteilernetzes ist es praktisch unmöglich, die Infrastruktur effizient und auf Dauer aufzurüsten. Wenn die Anbieter besser verstehen, wo die Nachfrage im Netz steigt, können sie leichter einschätzen, ob es effektiver ist, den Strom über ihre derzeitige Infrastruktur zu leiten oder ob sie diese Infrastruktur für eine effektive Versorgung der Kunden ausbauen müssen.
Ausblicke in die Zukunft
In Zukunft wird diese Kombination aus Intelligenz und automatischer Schaltung dazu beitragen, alternative Stromversorgungsmodelle in einer zunehmend elektrifizierten Welt zu etablieren. Die Einführung einer groß angelegten modularen Stromerzeugung in Smart Grids hilft dabei, dass die beispielsweise von Naturkatastrophen betroffenen Gebiete schnell wieder versorgt werden.
Das Netz könnte auch überschüssigen Strom in Batteriespeicher leiten, die das Angebot ergänzen, wenn die Nachfrage steigt. Dies ermöglicht auch kreative Lösungen, wie die Verwendung von Batterien für Elektrofahrzeuge oder unterbrechungsfreie Stromversorgungen in Privathaushalten, die als dezentrale Batterien fungieren, wenn sie sonst nicht in Betrieb sind. Sollte es zu Einschränkungen bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kommen, würde dies zusätzliche Flexibilität bieten. All das liegt vielleicht gar nicht so weit in der Zukunft. In vielen Fällen ist es möglich, bestehende Anlagen mit modernen Geräten und Sensoren nachzurüsten und dadurch schneller und kostengünstiger mehr Intelligenz in das Netz zu integrieren. Durch die Aufrüstungen würde die Fehlerortung beschleunigt und die Zuverlässigkeit erhöht werden, was gleichzeitig die Grundlage für eine widerstandsfähigere Energieversorgung in der Zukunft schafft.
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