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Kommunikation tut not: Im Smart Grid ist der Datenaustausch zwischen den Akteuren innerhalb des Netzes unumgänglich.
Stromnetze & Smart Grids

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Smarte Komponenten für das Netz der Zukunft

Text: Nora Crocoll, Alex Homburg, Redaktionsbüro Stutensee Grafik: Alstom
Nach dem Atomausstieg können die Netze hierzulande zum Teil nicht mehr mit den �?nderungen bei der Stromversorgung mithalten. Stromkonsumenten werden zu Prosumern, die gleichzeitig Strom produzieren, und sollen Teil eines Smart Grids werden. Um dies jedoch zu realisieren, werden „Smart Components“ benötigt.

Immer wieder hört man, die Stromnetze seien den heutigen Anforderungen nicht gewachsen und müssen ausgebaut werden. Spontan denkt man dabei vermutlich an mehr Überlandleitungen oder an immer mehr und immer größere Trafostationen. Dabei ist oft gar nicht das bestehende Stromnetz das Problem, sondern die mangelnde „Intelligenz“ der Netze.

Neue Anforderungen an die Netze

Beim Netzaufbau wurden Trafostationen ursprünglich unabhängig voneinander so aufgebaut, dass sie jeweils einen bestimmten Bereich, wie etwa einen Straßenzug oder einen Ort versorgen und gegebenenfalls wachsen oder auch puffern können. Heute werden Netze, die für die unidirektionale Übertragung von Energie ausgelegt waren, bidirektional genutzt, weil etwa Photovoltaikanlagen auf Privathäusern künftig ihren Energieüberschuss ins Netz einspeisen, der vielleicht von Großverbrauchern in Städten gebraucht wird.

Einzelne Netzbereiche kommunizieren aber bislang nicht miteinander und kennen deshalb auch nicht die exakten Mengen benötigter, vorhandener oder überschüssiger Energie. So ist eine Umverteilung nahezu unmöglich. Im Jahr 2011 liefen deshalb viele Gigawatt umweltfreundlicher Energie ins Leere, da die Netzbetreiber zum Schutz ihrer Netze vor Überlastung die produzierte Energie nicht oder nur teilweise abnehmen konnten.

Das Netz braucht smarte Komponenten

Die tatsächlich vorhandenen Energiemengen und der Bedarf müssen also großflächig bekannt sein. Alstom entwickelt daher sogenannte Smart Components, um die Entwicklung des Smart Grids voranzutreiben. Das Monitoring-System für Leistungstransformatoren MS3000 etwa ermöglicht den Betreibern von Umspannstationen und Elektrizitätskraftwerken, ihre Transformatoren während des Betriebs zu überwachen und deren Zustand zu bewerten. Intelligente Sensoren erfassen dazu Zustandsdaten, die das System mit komplexen Algorithmen verarbeitet, um die Ergebnisse anschließend einer zentralen Leitwarte zur Verfügung zu stellen.

Für die Anbindung des Monitoring-Systems werden je nach Kundenanforderungen unterschiedliche Datenübertragungstechnologien und -protokolle, wie zum Beispiel IEC61850, IEC60870-5-104 oder andere Feldbusprotokolle, eingesetzt. Mit dem Ausbau der Mobilfunknetze ist es heute ebenfalls möglich, alternativ zu kabelbasierten Verbindungen die weltweite Kommunikation mit Monitoring-Systemen drahtlos zu realisieren und auch via GPRS, UMTS oder HSPA in die Leitebene einzubinden.

Kabellose Datenübertragung

Für die Umsetzung einer kabellosen weltweiten Datenübertragung, die mit dem rauen Umfeld in Umspannstationen zurechtkommt, kam ein UMTS-Router der TK-Serie von Welotec zum Einsatz.

Die Geräte halten Umgebungstemperaturen zwischen -25°C und +70°C Stand und werden mit einem oder vier Ethernet Ports angeboten. Wo kein UMTS zur Verfügung steht, schalten sie automatisch auf GPRS um und funktionieren so weltweit.

Für die nötige Sicherheit sorgen standardmäßige OpenVPN, IPSec, PPTP, L2TP und GRE. Eine Firewall und spezielle Authentifizierungsmethoden erhöhen die Kommunikationssicherheit zusätzlich. Serielle Geräte lassen sich über eine integrierte RS-232- oder alternativ RS-485-Schnittstelle an die Router anschließen.

Anwendungen im Micro Grid

Die Router sollen auch langfristig in vielen Bereichen des Smart Grid verwendet werden. Die Bundesnetzagentur geht in ihrem „Eckpunktepapier zu den Aspekten des sich verändernden Energieversorgungssystems“ derzeit davon aus, dass ein flächendeckender Einsatz von Smart Metern aus Netzsicht für ein Smart Grid nicht erforderlich ist, selbst wenn diese kritische Messpunkte realisieren sollten. Vielmehr sei es ausreichend, die erforderlichen Netzzustandsdaten an einigen besonders kritischen Punkten zu erfassen und diese gegebenenfalls auch um weitere Daten zu ergänzen, wie die Einspeiseleistung dezentraler Erzeuger.

Mit den Routern könnten sich Netzzustandsdaten an verschiedenen zentralen Stellen im Netz ermitteln lassen, wie zum Beispiel in Ortsnetzstationen. Weitere Anwendungsbereiche sieht Welotec bei der Überwachung kleinerer Transformatorstationen sowie im Micro Grid, Smart Equipment und im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien.

Laut Bundesnetzagentur ist der Umbau der Stromnetze zum Smart Grid weniger ein revolutionärer Schritt als vielmehr ein evolutionärer Prozess. So unscheinbare kleine Komponenten wie die genannten UMTS-Router können eine wichtige Rolle dabei spielen, Stromnetze stabiler laufen zu lassen und umweltfreundliche Energie künftig noch besser nutzbar zu machen.

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