Die Wiederherstellung eines Stromnetzes nach einem Blackout erfordert die Koordination über verteilte Stromanlagen hinweg. Dezentrale Stromerzeugung durch erneuerbare Energiequellen bietet hier neue Chancen beim Neustart. Herkömmliche Kommunikationssysteme zur Koordinierung des Neustarts könnten durch Satellitenkommunikation ergänzt werden.
Unter der Leitung der Salzburg Research Forschungsgesellschaft und in Zusammenarbeit mit der Universität Passau sowie dem Austrian Institute of Technology (AIT) wird im Rahmen des Forschungsprojekts „STARS“ das Potenzial von Satellitenkommunikation bei Stromausfällen erforscht. Die Forschenden arbeiten an Konzepten für einen kommunikationsbasierten Netzwiederaufbau: erdnahe Satelliten (Low Earth Orbit - LEO) sollen eine stabile Kommunikation zur Koordination von dezentralen Energiequellen ermöglichen.
„Durch den Einsatz satellitengestützter Netzwerke kann eine schnelle und effiziente Koordination der Stromversorgung nach einem Blackout realisiert werden – selbst in Zeiten, in denen herkömmliche Kommunikationssysteme ausfallen,“ sagt Christof Brandauer, Leiter des Forschungsprojekts „STARS“ bei Salzburg Research.
LEO-Satelliten für die Koordination des Stromnetzes
Die Vorteile der LEO-Satelliten liegen auf der Hand: Die erdnahen Satelliten sind autark und dadurch wenig anfällig für Störungen durch terrestrische Infrastrukturausfälle. Zudem können LEO-Satelliten durch ihre niedrige Erdumlaufbahn schnelle Datenübertragungen mit hoher Verbindungsqualität gewährleisten.
Immer mehr Photovoltaik-Anlagen, Windräder oder Kleinwasserkraftwerke sind schwarzstartfähig und können daher als unabhängige Stromerzeuger für den schrittweisen Aufbau nach einem Blackout genutzt werden. Mit Hilfe der Satellitenkommunikation wird die Koordination derartiger kleinerer, verteilter Stromerzeuger möglich. Dazu bauen die Forschenden ein Simulationsmodell für ein Strom- und Telekommunikationssystem auf. Mit diesem gekoppelten Simulator werden neue kommunikationsbasierte Schwarzstartverfahren entwickelt und bewertet.
„Unsere Forschung zielt darauf ab, das Potenzial modernster Satellitentechnologien für einen beschleunigten Wiederaufbau des Stromnetzes zu nutzen“, so Brandauer weiter. „Erste Messungen liefern vielversprechende Ergebnisse: die LEO-Satelliten bieten eine sehr stabile Kommunikation mit wenigen Paketverlusten und geringen Verzögerungszeiten kleiner 50 Millisekunden.“
„Schwarzstart“: Wie Stromnetze wieder hochgefahren werden
Ein Schwarzstart bezeichnet den Wiederanlauf eines Stromnetzes nach einem vollständigen Stromausfall. Da bei einem Blackout keine Energie aus dem Netz bezogen werden kann, werden zunächst „schwarzstartfähige“ Kraftwerke hochgefahren. Darunter fallen zum Beispiel Wasserkraftwerke, die mechanische Energie aus Wasserläufen in elektrische Energie umwandeln und dadurch eigenständig und unabhängig vom Stromnetz hochfahren können.
Die Wiederherstellung des Netzes erfolgt schrittweise und muss gut koordiniert werden: Je nach Schwarzstartstrategie werden ausgehend von schwarzstartfähigen Einheiten einzelne Netzbereiche hochgefahren und synchronisiert. Nicht schwarzstartfähige Teilsysteme werden nach und nach hinzugeschaltet. So entstandene Inselnetze werden schließlich zu einem stabilen Gesamtnetz synchronisiert und zusammengeschaltet.
„Der Netzwiederaufbau nach einem großflächigen Ausfall ist ein anspruchsvoller Vorgang, bei dem es auf die schrittweise Koordination mehrerer verteilter Betriebsmittel sowie Erzeugern und Verbrauchern ankommt. Photovoltaik- und Windenergieanlagen bieten gepaart mit Satellitenkommunikation neue Möglichkeiten für eine schnellere Wiederherstellung des Stromnetzes“, so der Salzburg Research-Forscher Brandauer weiter.
Das Forschungsprojekt „STARS“ wird von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) finanziert und läuft über eine Laufzeit von einem Jahr.
