18. DEZEMBER 2017

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Sichere Energie für morgen


Stromnetze

Smart-Grid Die Welt braucht intelligente Stromnetze, um den wachsenden Energiebedarf auf umweltschonende und zuverlässige Art zu decken, sagt der Technologiekonzern Siemens. Die neue Welt wird viel mit Informations- und Kommunikationstechnik zu tun haben.

Die Energieversorgung steht auch in Deutschland vor einem tief greifenden Wandel. Das betrifft nicht nur die Art der Stromerzeugung, sondern in zentraler Weise ebenso die Stromnetze. Wie die Vergangenheit bereits gezeigt hat, steigt das Risiko für Netzengpässe und Überlastungen.
Die Analyse von Großstörungen zeigt, dass die Transportleistung der Netze schon im Normalbetrieb extrem zugenommen hat – im Vergleich zum ursprünglichen Planungskonzept. Dabei kommen die eigentlichen Herausforderungen erst noch. Denn in Zukunft wird die Einbindung einer immer größeren Anzahl von verteilten Erzeugern auf Basis regenerativer Energie gelingen müssen.
Da diese Erzeuger fluktuierend einspeisen, wachsen die Anforderungen an eine flexible Netzführung. Der bisherige Leistungsfluss vom Übertragungs- zum Verteilungsnetz wird sich teilweise umkehren, weil immer mehr Kleinerzeuger in die Verteilnetzebene einspeisen werden. Das führt dazu, dass die zentrale Regelung unserer Stromnetze zunehmend an ihre Grenzen stößt.
Um besonders die Klimaschutzziele für das Jahr 2020 nur ansatzweise zu erfüllen, müssen die Netze mit Informations- und Kommunikationstechnik sowie auch mehr Leistungselektronik zu einem modernen Gesamtnetz ausgebaut werden.

Aufnahme jeder Erzeugungsart

»Zur Bewältigung dieser Aufgabe hat Siemens die besten Voraussetzungen«, sagt Ralf Christian, CEO der Power Distribution Division des Sektors Energy.
»Einerseits sind wir wie kein anderes Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette von der Umwandlung der Primär-energie bis zum Stromtransport und seiner Verteilung aufgestellt. Andererseits ist Siemens im Bereich der Energieautomatisierung, der eine entscheidende Rolle bei der Schaffung intelligenter Netze zukommt, Weltmarktführer.«
Wichtige Kriterien für die Zukunft: Jede Art der Energieerzeugung muss das Netz aufnehmen können, und die größer werdenden Distanzen zwischen Erzeugung, zum Beispiel in Offshore-Windparks, und Verbrauchern sind zu überbrücken.
Die Ziele, die mit Smart Grids verfolgt werden, sind so vielfältig wie ehrgeizig: Statt Überlastung, Engpässen und Blackouts soll das intelligente Netz der Stromversorgung Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz geben.
Die notwendigen Informations- und Kommunikationssysteme innerhalb des Netzes werden konsequent ausgebaut und homogenisiert. Der Automatisierungsgrad wird deutlich ansteigen. Entsprechend intelligent ausgerüstete Unterstationen werden dabei helfen, Planung und Betrieb mit deutlich weniger Aufwand und Personalintensität auszuführen. Ein permanentes, flächendeckendes Monitoring wird Anlageneinsatz und Netzführung verbessern.

Virtuelle Kraftwerke am Markt

Dezentrale Energieerzeuger und Speicher werden zu virtuellen Kraftwerken zusammengefasst und können so an der Marktentwicklung teilnehmen. Die Störanfälligkeit der Netze wird deutlich durch ›selbstheilende‹ Netze gemindert, die Ausfälle auf lokaler Ebene verkraften und redundant ausgleichen. Der Verbraucher als Endkunde wird durch Smart Meter am Geschehen teilnehmen und seinen Verbrauch besser steuern.
Damit vereinfacht sich auch das Lastmanagement, weil sich über die Preisgestaltung Lastspitzen vermeiden lassen. Die Vorstellungen gehen so weit, Gebäude oder sogar Elektrofahrzeuge ins Netz als steuerbare Verbraucher, Erzeuger und Speicher einzubeziehen.
»Informations- und Kommunikationstechnologie ist das entscheidende Bindeglied zwischen Stromerzeugung, Stromübertragung, Stromverteilung und Stromverbrauch. Das Smart Grid generiert hier durchgängige Strukturen, optimiert die Erzeugung und schafft eine Balance zwischen der fluktuierenden Stromgewinnung und dem Bedarf«, sagt Dr. Jan Michael Mrosik, CEO Energy Automation bei Siemens.
Ein entscheidender Baustein für den Aufbau und den Betrieb von Smart Grids ist eine umfassende und durchgängige Kommunikation, die auf einer ausreichenden Bandbreite und IP/Ethernet-fähigen Geräten basiert. Entsprechende Netzwerke müssen bis zu den einzelnen Verbrauchern geführt werden, die unter anderem durch Smart Metering eingebunden werden. Schnittstellen und Protokolle für diese Kommunikation haben ihre Grundlage in bereits erprobten Standards der Energieindustrie. »Wir haben auf dem Gebiet der Kommunikation im Energiebereich große Erfahrungen und weltweit mehr als 50.000 Systeme dieser Art installiert«, erklärt Mrosik.
Die durchgängige End-to-end-Kommunikation schafft die Voraussetzungen für eine Online-Überwachung aller Netzkomponenten und ermöglicht nicht zuletzt neue Geschäftsmodelle beim Smart Metering und bei der Einbindung dezentraler Erzeuger. Auf der technischen Seite stehen Systeme und Schaltanlagen für alle Spannungsebenen zur Verfügung.

Die Einbindung von verteilten Energieressourcen (Distributed Energy Resources – DER) erfordert völlig neue Konzepte wie das für virtuelle Kraftwerke – dem Zusammenschalten vieler kleiner Anlagen.
Mit dem Einsatz vorhandener Produkte wie dem Managementsystem DEMS und dem DER-Controller könne man ein virtuelles Kraftwerk in kürzester Zeit realisieren, betont Siemens. DEMS ist die Abkürzung für das Dezentrale Energiemanagementsystem und Herzstück des virtuellen Kraftwerks. Damit lassen sich dezentrale Erzeugungsanlagen nicht nur intelligent miteinander vernetzen, sondern auch wirtschaftlich und umweltfreundlich einsetzen.
Das System ist gleichermaßen geeignet für Energieversorger, Industriebetriebe, Betreiber von Zweckgebäuden, energieautarke Gemeinden sowie Regionen und Energiedienstleister. Die Energie-optimierung erfolgt durch die drei Werkzeuge Prognose, Einsatzplanung und Echtzeitoptimierung. Das Tool Prognose sagt die elektrischen und thermischen Lasten etwa in Abhängigkeit von Tagestyp und Uhrzeit vorher.

Von Bedeutung ist auch die Prognose der regenerativen Erzeugung. Sie basiert auf den prognostizierten Wetterbedingungen und den Charakteristika der Anlagen. Die betriebskostenoptimale Kurzfristeinsatzplanung aller projektierten Betriebsmittel erfolgt unter Einhaltung der technisch und vertraglich gegebenen Randbedingungen im 15-Minuten-Raster für maximal eine Woche im Voraus. Der berechnete Einsatzplan minimiert die Erzeugungs- und Betriebskosten, wobei DEMS auch ökonomische und ökologische Aspekte beachtet.
Der Siemens-Sektor rechnet bis 2014 mit Aufträgen für Smart Grids von insgesamt über 6Mrd.€. Im Geschäftsjahr 2009 sollen die Aufträge in diesem Segment einen Umfang von knapp 1Mrd.€ haben. »Der Smart-Grid-Markt wird auch aufgrund des Klimawandels und der Konjunkturprogramme eine zunehmende Dynamik entwickeln. Wir wollen mehr als doppelt so stark wie der Gesamtmarkt wachsen«, sagte Christian auf dem Messtechnik-Kongress Metering Europe Anfang Oktober in Barcelona. <

www.energy.siemens.com




Interview


Ralf Christian - , CEO der Power Distribution Division des Sektors Energy bei Siemens, bewertet die Herausforderungen bei der Modernisierung der Stromnetze.

es: Die Netze müssen schleunigst modernisiert und an die neuen Herausforderungen angepasst werden, fordern diverse Experten. Wie stark drängt denn die Zeit tatsächlich?
Um unsere Klimaschutzziele bis zum Jahre 2020 erreichen zu können, soll bis dahin der Anteil der erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch auf 20 Prozent verdreifacht und die Treibhausgasemissionen der EU um 30 Prozent unter das Niveau des Jahres 1990 vermindert werden. Als weitere Maßnahme soll die Energieeffizienz bis zum Jahre 2020 um 20 Prozent gesteigert werden. Im Jahre 2030 sollen Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee rund 25 Gigawatt Leistung ins Netz einspeisen. Leistungen in diesen Größenordnungen wird unser derzeitiges Stromversorgungsnetz nicht bewältigen können. Daher drängt die Zeit tatsächlich. Ein Netzausbau, der dazu nötig wäre, ist nicht kurzfristig durchführbar. Das braucht einige Jahre bis Jahrzehnte.

es: Wo drückt denn der Schuh am meisten?
Bisher folgte die Stromerzeugung der Last, wenn Erzeugung und Verbrauch in perfekter Harmonie zueinander stehen sollten. Doch das funktioniert mit der zunehmenden Einspeisung aus regenerativen Energiequellen nicht mehr. Weil sie ursprünglich nicht für die Integration der regenerativen Energien mit fluktuierender Stromeinspeisung ausgelegt waren, stoßen heute bereits ausgelastete Stromnetze an ihre Grenzen.

es: Als Antwort fällt häufig das Schlagwort Smart Grid. Was sind denn eigentlich aus Ihrer Sicht die wichtigsten Features, die ein solches intelligentes Netz zur Lösung der dringlichsten Probleme bieten kann?
Zu den entscheidenden Eigenschaften eines Smart Grid gehört, die Energieeffizienz im Netz zu erhöhen. Diese Eigenschaften ermöglichen es, mit einem vorhandenen Netz auszukommen und die notwendigen Erneuerungen sowie den Ausbau so modern und zukunftssicher wie möglich zu gestalten. Dafür haben wir die nötigen Technologien im Portfolio. Dazu zählen Smart-Metering-Komplettlösungen, dezentrale Energiemanagementsysteme für virtuelle Kraftwerke, Utility IT und Gebäudeautomatisierung ebenso wie Schutz- und Leittechnik sowie HGÜ- und FACTS-Lösungen für Übertragungsnetze.

es: Diese Lösung gibt es nicht zum Nulltarif. Mit welchen Investitionen ist beim Umbau zu rechnen?
Ich kann Ihnen keine Beträge nennen, aber eine Beziehung herstellen: Der Umbau der Netze kostet viel weniger als der notwendige Ausbau der Stromerzeugung. Wir sprechen von Tausenden von Windkraftanlagen, von Zigtausenden Photovoltaikanlagen, von CO2-armen Kohlekraftwerken. Damit das Netz diese neuen Strukturen verdaut, ist deutlich weniger Geld notwendig als für die Erzeugung.

es: Das Ergebnis könnte ein europäisches Zusammenwirken sein. Wie weit ist die Kooperation auf europäischer Ebene heute schon gediehen? Inwieweit ist Siemens hier involviert?
Es gibt verschiedene Förderprogramme in Europa, um Pilotprojekte zu testen, beispielsweise großflächig angelegte Projekte wie in Italien für Smart Meter und Metermanagement. Siemens ist in den vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten E-Energy-Projekten gleich zweimal vertreten.
Einerseits im Projekt EDEMA, das unter der Leitung von RWE steht. Dort stehen die Entwicklung und Demonstration dezentral vernetzter Energiesysteme hin zum E-Energy-Marktplatz der Zukunft im Fokus. Andererseits sind wir im Projekt Regenerative Modellregion Harz (kurz: RegModHarz, Anmerkung der Redaktion) involviert. Dieses steht wiederum unter Leitung der RegenerativKraftwerk Harz GmbH & Co. KG mit Beteiligung von Siemens CT. Darüber hinaus gibt es einige europäische Forschungsvorhaben, in denen wir ebenfalls aktiv mitarbeiten. (mn)

Ausgabe:
es 11-12/2009
Unternehmen:
Bilder:

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