Mikronetze (ZEV) und IoT-basierte Zähler und Geräte für Netzmanagement-systeme.
Das Internet der Dinge (Internet
of Things, IoT) ermöglicht es Unternehmen, kostengünstig intelligente Netze,
auch Mikronetze genannt, zu implementieren. Durch IoT-basierte
Energietechnologien könnten Unternehmen die Verteilung von Strom revolutionieren.
Mikronetze bilden kleinere Gruppen aus dem größeren Stromversorgungsnetz,
wodurch Unternehmen eine bessere Kontrolle darüber haben, wie sie ihre
Energieversorgung nutzen. Durch die Möglichkeit, sich vom Netz zu trennen und
am Netz oder im Inselbetrieb zu arbeiten, können Unternehmen ihre Energie
intelligenter nutzen.
Swisscom IoT Day 2022
Ein Mikronetz ist ein Niederspannungs-Verteilernetz, das sich aus einer Vielzahl von Energiekomponenten zusammensetzt, wie z. B. steuerbare Energielasten und verteilte Energieressourcen. Zwar gibt es noch Herausforderungen bei der Verwaltung von Mikronetzen. Doch können IoT-gesteuerte Netzmanagementsysteme den Betreibern bei der Erfüllung wichtiger Aufgaben helfen.
Im Kontext des IoT werden diese Systeme zu intelligenten Mikronetzen, die über Fernsteuerungsfunktionen verfügen. Dazu gehören steuerbare Lasten wie Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und Elektrofahrzeuge sowie Stromerzeuger wie Photovoltaik, Windturbinen, Kraft-Wärme-Kopplung, Brennstoffzellen und Energiespeichersysteme.
Die Herausforderungen von Mikronetzen für die Netzbetreiber.
Durch die Integration von
Derivaten und steuerbaren Lasten in das Verteilungsnetz kann das Mikronetz
entweder im netzgekoppelten Modus, d. h. mit dem Stromnetz verbunden, oder im
Inselbetrieb, d. h. getrennt vom Netz und unter Nutzung verschiedener Derivate
zur Stromversorgung der Lasten, betrieben werden. Durch diese Integration
unterscheidet sich das Mikronetz von den meisten konventionellen
Stromversorgungssystemen, da ein Stromfluss in beide Richtungen möglich ist. In
den meisten Netzsystemen fließt der Strom von der Erzeugung zu den
Verbrauchern. Mit einem Mikronetz ist es möglich, diesen Fluss im lokalen Netz
umzukehren und lokale Ressourcen zu haben, die Strom an das Hochspannungsnetz
liefern.
Inselbetrieb.
Inselbetrieb bezeichnet die
Fähigkeit von Mikronetzen, die Widerstandsfähigkeit zu verbessern, wenn das
Netz nicht genügend Strom liefert. Mikronetz-Besitzer sind in der Lage, bei
Bedarf ihren eigenen Strom zu produzieren.
Der größte Schlüssel im Bereich der Widerstandsfähigkeit und liegt darin, dass Mikronetze die Möglichkeit bieten, sich vom Netz zu isolieren. Wenn das Netz ausfällt, kann ein Mikronetz immer noch grundlegende Dienste bereitstellen.
Vorteile eines Mikronetzes.
Die Verbraucher können mit Hilfe
von IoT-basierten Zählern und -Geräten ihre Energieverbrauchsstatistiken
überwachen, Entscheidungen auf der Grundlage von Prioritäten und Preisen
treffen, ihre Geräte steuern und Einnahmen durch den Verkauf zusätzlicher
Energie an Energiedienstleister durch erneuerbare Energieerzeugung erzielen.
Die Energieverbrauchsstatistiken werden an den zentralen Hausmonitor und -regler
übermittelt. Dieser übermittelt diese Statistiken über verschiedene
Zwischennetze an das Hauptnetz für die Abrechnung, Fehlerdiagnose, Steuerung
und Verwaltung der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Energie. Dadurch
wird der Prozess der Erzeugung und des Verbrauchs von Energie transparent und
zuverlässig. Ein intelligentes Mikronetz soll die Nutzung erneuerbarer
Energiequellen vorantreiben.
Ein IoT-basiertes Mikronetz verleiht Organisationen Macht - sowohl im
wörtlichen als auch im übertragenen Sinne. Mit der Installation eines
IoT-basierten Mikronetzes können die Eigentümer die Effizienz ihres
Energieverbrauchs verbessern. Zusätzlich zu der Möglichkeit, eigene Energie zu
erzeugen, verringern Mikronetze auch die Abhängigkeit von Energieversorgern,
indem sie helfen, die Kosten zu senken und Spitzenverbrauchsgebühren zu
vermeiden. Die Technologie ist sogar in der Lage, Einnahmen zu erzielen, wenn
das Mikronetz einen Stromüberschuss produziert, der an ein
Versorgungsunternehmen verkauft werden kann.
Mikronetze können für Unternehmen nützlich sein. Eine Zunahme von IoT-basierten Mikronetzen könnte möglicherweise zu Einnahmeverlusten bei Energieversorgern führen. Außerdem erfordert eine Zunahme von Mikronetzen eine Aufrüstung der Infrastruktur. Da Mikronetze sowohl Energie verbrauchen als auch erzeugen, müssen die Versorgungsunternehmen sicherstellen, dass sie in der Lage sind, den bidirektionalen Stromtransport zu bewältigen.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Mikronetzen suchen Energieversorger nach einer neuen Einnahmequelle. Sie nutzen diese Gelegenheit, um Partner von Mikronetz-Eigentümern zu werden und kostenpflichtige Dienstleistungen wie Machbarkeitsstudien und Entwürfe für sowie den Betrieb von Mikronetzen anzubieten.
Mikronetze und Microgrids.
Das gesamte Stromnetz muss die
Aktivitäten in Mikronetzen kennen, um optimal darauf reagieren zu können.
Aktive Netzmanagementsysteme benötigen deshalb Daten aus dem gesamten Netz, um
ihre Aufgabe zu erfüllen. Auch hier kommt der Wert von IoT-Technologien ins
Spiel, welche die Erfassung und Analyse von Daten aus herkömmlichen
Netzressourcen ermöglichen.
Microgrids stellen auch neue Anforderungen an das Energiemanagement und die
Steuerungsmethoden. In herkömmlichen Stromnetzen ist ein
Energiemanagementsystem für das Management und die Steuerung zuständig, doch
bei einem intelligenten Mikronetz muss das Energiemanagementsystem nun
weiterentwickelt werden, um den Stromfluss in beide Richtungen, die Sicherheit
des Netzes und der dezentralen Ressourcen bei Stromausfällen und die
Wartungsaktivitäten zu bewältigen.
Für einige Akteure ist es eine Herausforderung, die heutigen Steuerungsmethoden und Systemwerkzeuge schnell genug zu ändern. Das liegt daran, dass sich die Bedingungen, unter denen Verteilnetze funktionieren, durch intelligente Lasten, dezentrale Erzeugung, inverse Leistungsflüsse, neue digitale Prosumer, Energiespeicherung und den Betrieb des Netzes mit weniger Spielraum für Fehler radikal verändern. Mit der zunehmenden Verbreitung der dezentralen Stromerzeugung wird es noch wichtiger, über fortschrittliche Netzbetriebsmittel zu verfügen, um Oberschwingungen, Spannungsschwankungen und Schutzprobleme zu bewältigen. Wenn diese Ressourcen nicht verwaltet werden, können sie zu Netzinstabilität und höheren Betriebskosten führen.
Eine der größten
Herausforderungen in der Elektrotechnik ist heute die Entwicklung und
Implementierung einer intelligenten Smart Grid Technologie. Angetrieben durch
die Nachfrage nach umweltfreundlicheren Technologien und alternativen
Brennstoffen kann die umweltfreundliche Smart-Grid-Technologie neue grosse
Investitionen ankurbeln. Sie hat auch das Potenzial, die Art und Weise zu
verändern, wie Strom an die Verbraucher geliefert wird.
Ein Smart-Grids besteht aus drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikationstechnologien.
IoT, das Internet der Dinge, ist eine wesentliche Komponente der modernen
Smart-Grid-Kommunikationsinfrastruktur. IoT ist eine Konvergenz verschiedener
Kommunikationsprotokolle für webbasierte Überwachungs- und
Steuerungsanwendungen. Es besteht aus miteinander verbundenen und heterogenen Einheiten.
Die Smart-Grid-Technologie ist intelligent in Bezug auf Automatisierung und
Steuerung.
Die IoT Technologie in einem Smart Grid kann ein Versorgungsunternehmen befähigen, bei Bedarf schneller Abhilfemaßnahmen ergreifen können. Mit diesen Daten können IoT-gesteuerte Netzmanagementsysteme den Betrieb bei der Erfüllung wichtiger Funktionen unterstützen, darunter:
- Optimierung der Netzspannung
zur Minimierung von Energieverlusten und Netzschäden
- Lokalisierung der Quelle von Spannungsabfällen, Überspannungen und Ausfällen
- Verbesserung des Lastausgleichs, schnellere Wiederherstellung von Diensten
und sicherere Entscheidungen bei Überlastungen
- Identifizierung der Quelle von technischen und nicht-technischen Verlusten im
System, wodurch die Kosten für Dienstleistungen gesenkt werden
- Verkürzung der Ausfalluntersuchungszeiten durch Isolierung der Fehlerstellen.
Das derzeitige Stromnetz befindet sich in einem tiefgreifenden und radikalen Transformationsprozess. Die Vereinigung der bestehenden elektrischen Infrastruktur mit dem Informations- und Kommunikationsnetz ist eine unumgängliche Voraussetzung für die Einführung und den Betrieb intelligenter Netze. Die Hauptmerkmale der Smart-Grid-Technologie sind Vollduplex-Kommunikation, fortschrittliche Messinfrastruktur, Integration erneuerbarer und alternativer Energiequellen, Verteilungsautomatisierung und vollständige Überwachung sowie Kontrolle des gesamten Stromnetzes.
Die Smart-Grid-Kommunikationsinfrastruktur besteht aus vielfältigen und hierarchischen Kommunikationsnetzen. Die Anwendung von Smart Grid kann in den verschiedenen Facetten der Energienutzung erfolgen. Das Internet der Dinge spielt ebenfalls eine zentrale Rolle in der Smart-Grid-Infrastruktur, da es ein allgegenwärtiges Kommunikationsnetz bereitstellt.