Diese Website verwendet Cookies, damit wir dir die bestmögliche Benutzererfahrung bieten können. Cookie-Informationen werden in deinem Browser gespeichert und führen Funktionen aus, wie das Wiedererkennen von dir, wenn du auf unsere Website zurückkehrst, und hilft unserem Team zu verstehen, welche Abschnitte der Website für dich am interessantesten und nützlichsten sind.
Smart Grid vor der Haustür
In der Vergangenheit ging die rasante Entwicklung der Stromverteilungsnetze mit der gleichen Entwicklung bei der Energiemessung einher. An der Entwicklung von Stromzählern waren große Namen wie Thomas Edison, Lord Kelvin und sogar Sir Hiram Maxim, der Erfinder des Maschinengewehrs, beteiligt.
Konservative Entwicklung in der Energieverteilung
Eine weitere Parallele lässt sich zu den Stromverteilungsnetzen ziehen: Fast alle nachfolgenden Entwicklungen waren sehr konservativ. Dieser langsame Evolutionsprozess wurde durch politische Interventionen unterbrochen, die fast fanatische Anstrengungen zur Verringerung des globalen Kohlenstoff-Fußabdrucks zur Folge hatten.
Die Auswirkungen dieser Bemühungen wurden jedoch nicht analysiert, und die Verfasser der Maßnahmen haben die Tatsache außer Acht gelassen, dass Energie teuer und schwierig zu speichern ist und dass das Verteilungssystem ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch aufweisen muss. Außerdem werden unter dem Vorwand der geringen Effizienz rein ohmsche Lasten aus dem System verdrängt.
Herausforderungen in modernen Energiesystemen
Das Ergebnis ist eine dynamische, meist unvorhersehbare Energieerzeugung aus klassischen Verteilernetzen auf der einen Seite und modernen Geräten mit hohen Rückspeisungsraten, die durch höhere Oberschwingungen beeinflusst werden, auf der anderen Seite.
Die natürlichen Dämpfer dieser höheren Oberschwingungen, wie z. B. Glühbirnen, werden heute nicht mehr hergestellt. Es hat keinen Zweck, diesen Zustand zu beklagen. Stattdessen müssen wir nach einer Lösung suchen, mit der wir den Zustand des Stromverteilungsnetzes kontrollieren und stabilisieren können.
Wo liegen die Grenzen der derzeitigen Systeme?
Die eingesetzten Systeme, die auf der europäischen Richtlinie „20-20-20“ basieren, haben einen grundlegenden Nachteil: Sie konzentrieren sich vor allem auf die Senkung des Energieverbrauchs. Sie können dazu beitragen, die Kosten zu senken, aber es bleibt die Frage, in welchem Umfang und für wen?
Diese teuer gebauten Systeme (mit einer endgültigen Einsatzfrist bis 2020) sind bei Lösungen für kritische Situationen hilflos. Hierfür gibt es zwei Hauptgründe.
Erstens sind sie nicht dazu bestimmt, diese Zustände zu unterstützen, und zweitens werden sie von einer zentralen Stelle aus gesteuert und verwaltet, was zu ihrer hohen Latenz führt. Die großen Unfälle haben, unabhängig vom Ort ihrer Entstehung, ein gemeinsames Merkmal: die Verkettung von (oft) banalen Ausfällen.
Hier haben wir die Möglichkeit, ein Gerät mit dem Arbeitstitel „Stromzähler“ zu entwickeln. Neben der offensichtlichen Fähigkeit, Energie zu messen, haben diese Geräte eine strategische Eigenschaft: Sie befinden sich an jedem Lastpunkt. Daraus folgt, dass sie Maßnahmen zur Verhinderung von Notzuständen in Verteilungssystemen bzw. zur Minimierung der negativen Auswirkungen dieser Zustände unterstützen sollten.
Das Dilemma: Wie geht man mit Big Data um?
Pilotprojekte auf der Grundlage der EU-Richtlinie „20-20-20“ haben das Phänomen der „Big Data“ offenbart. Wenn wir über dieses Problem nachdenken, stellen wir überraschenderweise fest, dass es keinen Sinn macht, Zeit mit dem Thema „Big Data“ zu verschwenden. Logischerweise benötigt das Versorgungsunternehmen eine Energiemessung – entweder monatlich oder jährlich – und etwa sechsmal täglich, um den Tarif zu wechseln. Man könnte also fragen: Warum ist dieses Problem überhaupt aufgetreten?
Die Antwort ist relativ einfach: Wir haben eine Zwei-Wege-Kommunikation, so dass wir natürlich alle 15 Minuten zusätzliche Daten und Informationen – zum Beispiel die Spannungswerte – herunterladen. Das Verteilernetz ist dreiphasig, die Leistung ist sowohl Wirk- als auch Blindleistung, und darüber hinaus beziehen wir die Ausrichtungsrichtung mit ein. Am Ende haben wir fünf Werte pro Phase, was bedeutet, dass wir alle 15 Minuten 15 Werte senden.
Beispiel: Datenzählung in der Tschechischen Republik
Nehmen wir ein kleines Land wie die Tschechische Republik. Geht man von durchschnittlich zwei Personen pro Stromzähler aus, so ergibt sich eine Gesamtzahl von fünf Millionen Zählern. Das oben beschriebene System würde also alle 15 Minuten 75 Millionen Daten erzeugen!
Täglich sind es über 7,2 Milliarden Datenwerte, die praktisch niemand braucht. Nimmt man zu dieser erschreckenden Zahl noch unangemessen gewählte Protokolle hinzu, wird aus der Trivialität ein kolossales Problem.
Dies ist nur ein Beispiel für eine mögliche Datenherausforderung – das Herunterladen von zu vielen Daten für Ihren Bedarf. Doch wie geht man mit einer geeigneten Lösung für ein großes und umfangreiches System vor? Alle Informationen werden an eine zentrale Stelle geleitet, wo anschließend Entscheidungen getroffen werden.
Leider ist diese zentrale Steuerung sehr teuer und erfordert sehr hohe Kommunikationskapazitäten für den Durchsatz. Wenn die Kanäle zudem langsam und wenig durchlässig sind (PLC, GPRS), kann eine große Anzahl von Endgeräten unversorgt bleiben.
Bessere Lösung: Die verteilte Kontrolle
Ein besserer Weg, dieses Problem zu lösen, besteht darin, nur die wichtigen und kritischen Daten an die zentrale Kontrolle zu übertragen. Die Verwaltung sollte auf den Ort ihrer Ausführung verteilt werden. Die Zentrale ist dann für die Erstellung der Strategie zuständig.
Diese Lösung reduziert das Problem der großen Datenmengen erheblich, da nur die notwendigen Informationen an die Leitstelle weitergeleitet werden. Das System ist somit dynamisch (auch wenn die Kommunikationskanäle langsam sind), da es zur Verfügung steht, um Notsituationen an der Quelle zu lösen, und es nutzt effektiv eine Vielzahl von kleinen Geräten, wie die oben erwähnten modernen Stromzähler.
Natürlich hat auch dieses System seine Probleme, aber glücklicherweise sind seine Merkmale anders und haben keinen entscheidenden Einfluss auf die Systemsteuerung.
Schlussfolgerung
Wenn Sie ein attraktives Bild eines intelligenten Netzes sehen, das vollständig auf einer zentralen Steuerung basiert, und Ihnen gesagt wird, dass die Langsamkeit der Kommunikationskanäle wie mit einem Zauberstab gelöst werden wird (vorzugsweise durch Netze der 5. oder 6. Generation), sollten Sie das nicht glauben!
Ich bin der festen Überzeugung, dass das Konzept des intelligenten Netzes nur mit dezentraler Steuerung verwirklicht werden kann. Die Kostenbeschränkungen, die zeitlichen Schwierigkeiten und die technischen Herausforderungen lassen uns keine Alternative.