„grid-control“: Ein Gesamtlösungsansatz für das Stromnetz der Energiewende

Das Projektteam „grid-control“ entwickelt Verfahren, um Strom aus erneuerbaren Energien intelligent ins Netz einzuspeisen. Im Zeitraum von drei Jahren wird die Lösung für ein zukunftsfähiges Verteilnetz erarbeitet, die Abregelungsmaßnahmen vermeidet und dabei den Netzausbau minimiert. Ziel ist es, die Energiewende somit zum Erfolg zu führen.

Wir kümmern uns drum

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Kurz und Knapp

Gemeinsam aktiv

„grid-control“ besteht aus einem Konsortium von neun Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft und wird im Rahmen der Initiative „Zukunftsfähige Stromnetze“ des Bundesministerium für Wirtschaft finanziell gefördert.

Ergebnisse früherer Projekte wie beispielsweise „Flexibler Wärmestrom“ und „MeRegio“ werden aufgegriffen und weiterentwickelt. Systemlösungen erprobt das Team in einem Labortest am KIT und im NETZlabor der Netze BW in Freiamt.

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Volle Kraft voraus

Ob Windkraft oder Solaranlagen: Die Stromnetze bringen die erneuerbaren Energien zum Verbraucher. Jedoch wird in einigen Regionen Deutschlands an sonnigen oder windigen Tagen mehr Strom produziert als verbraucht. Damit dieser erneuerbare Strom noch ins Netz passt, muss es ausgebaut werden. Das kostet jedoch viel Geld, obwohl das Netz nur wenige Stunden im Jahr ausgelastet wird.

Heute muss die Netzleitstelle oft Windkraft- oder Photovoltaikanlagen abregeln, damit das Netz nicht überlastet wird. Das Team vom Projekt „grid-control“ entwickelt Verfahren, um beides – den Netzausbau und die Leistungsreduzierung – zu vermeiden.

Lösungswege

Das Projektteam untersucht derzeit mehrere Möglichkeiten das Netz zukunftsfähig zu machen. Wichtige Themen sind dabei die Netzplanung, Stromregulierung und die Netzampel.

Netzplanung

Der Netzbetreiber kalkulierte bisher den maximalen Verbrauch und die maximale Einspeisung eines Wohngebietes, also beispielsweise wieviel Strom die Häuser gemeinsam verbrauchen könnten. Darauf basierend legte er ein dafür ausreichend dickes Kabel, auch wenn dieses nur wenige Stunden im Jahr ausgelastet wird. Mit wahrscheinlichkeitsbasierten Planungsmethoden und Techniken, könnten Netzbauer in Zukunft dünnere und weniger Leitungen verlegen. Das spart Geld und Baumaßnahmen.

Netzampel

Die Netzampel ist das Herzstück des Projekts „grid-control“. Sie vernetzt die Systeme des Netzbetreibers, der Vertriebe und der Kunden miteinander. Zum einen werden die Stromflüsse prognostiziert und zum anderen wird geregelt, von wem und in welcher Höhe die Netze genutzt werden. Hierzu übermittelt der Netzbetreiber über ein Grid-Load Management-System (GLMS) den Netzzustand in Form von Ampelsignalen an die Marktteilnehmer und diese erhalten von ihm Nebenbedingungen für die Strombeschaffung und -vermarktung. Ein Regionales Energiemanagementsystem (REMS) überwacht zudem das Netz und kann Anlagen im Notfall direkt ansteuern.

  1. Grüne Ampel Dank intelligenter Stromzähler kann der Stromvertrieb abschätzen, wann wieviel Strom ins Netz eingespeist und verbraucht wird. Das meldet er dem Verteilnetzbetreiber weiter, welcher wiederum prüft, ob die Strommenge ins Netz passt. Gibt es einen Engpass, schaltet die Netzampel auf Gelb.
  2. Gelbe Ampel Um Engpässe zu vermeiden, kann der Vertrieb den überschüssiger Strom verbrauchen, indem zum Beispiel E-Autos oder Nachtspeicheröfen geladen werden. Ist das nicht möglich, springt die Netzampel auf Rot.
  3. Rote Ampel Zeichnet sich ab, dass das Netz trotz Bemühungen des Vertriebs überlastet wird, kann das REMS die Anlagen automatisch abregeln.

Flächenkraftwerk

Wenn es im überlagerten Netz einen Engpass gibt, weil beispielsweise zu viel Strom von Windkraft- und PV-Anlagen erzeugt wird, bündelt das REMS die Einspeiser auf Mittel- und Niederspannungsebene und regelt so die ins überlagerte Netz gelieferte Leistung um einen bestimmten Leistungswert oder auf Basis eines Sollwertes. Grundlage für die Regelungsmaßnahmen bildet die von intelligenten Messsystemen (iMsys) übertragenen und im REMS ausgewerteten Netzzustandsdaten. Die Steuerungsmaßnahmen selber werden von einer dezentralen Steuerungseinheit durchgeführt.

Außerdem kann das REMS Spannungsregler im Mittel- und Niederspannungsnetz ansteuern und ermöglicht so eine Koordination der spannungshaltenden Maßnahmen im Verteilnetz.

Zustandsschätzung

Zurzeit ist es noch nicht wirtschaftlich, Sensorik in den Verteilnetzen einzusetzen und so den Netzzustand zu erfassen. Diese Daten sind künftig jedoch nötig, um die Lastflüsse im Netz in Echtzeit zu beobachten und bei Überschreitungen von Grenzwerten mithilfe dezentraler Automatisierungssysteme schnell eingreifen zu können. Für die Beobachtung des Netzzustands wird im Rahmen des Projekts ein optimiertes und effizientes Verfahren zur Zustandsschätzung entwickelt, das auf der zukünftigen Smart-Meter Infrastruktur aufbaut. So wird eine Beobachtbarkeit des Netzzustands im Verteilnetz mit einem Minimalmaß an Sensorik möglich.

Systemdienstleistungen

Im Rahmen der Energiewende nimmt insgesamt die Anzahl der konventionellen Kraftwerke ab. Diese decken bisher den Bedarf an Systemdienstleistungen, die für den stabilen Netzbetrieb notwendig sind. Die dena rechnet deshalb ab 2030 mit einem Mangel an Blindleistung, Kurzschlussleistung und Momentanreserve. Im Projekt „grid-control“ werden neue Ansätze zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen durch dezentrale Erzeugungsanlagen und deren Koordination entwickelt und untersucht.