englisch
PolyEnergyNet

Widerstandsfähige Mittel- und Niederspannungsnetze

Projektstatus
Begonnen
Oben links: Messtechnik in Kabelverteilerschränken übermittelt Netzparameter via Glasfaser oder GPRS, oben rechts: Verteilte Rechner in den Ortsnetzstationen übernehmen die dezentralen Steuerungsaufgaben, unten links: elektrische Heizelemente in Warmwasserspeichern schaffen eine Verknüpfung zwischen Strom- und Wärmenetz, unten rechts: BSI-konforme Messsysteme bei Anschlussnutzern ergänzen das Messkonzept
Oben links: Messtechnik in Kabelverteilerschränken übermittelt Netzparameter via Glasfaser oder GPRS, oben rechts: Verteilte Rechner in den Ortsnetzstationen übernehmen die dezentralen Steuerungsaufgaben, unten links: elektrische Heizelemente in Warmwasserspeichern schaffen eine Verknüpfung zwischen Strom- und Wärmenetz, unten rechts: BSI-konforme Messsysteme bei Anschlussnutzern ergänzen das Messkonzept

Im Projekt PolyEnergyNet beschäftigen sich die Entwickler um Projektkoordinator Dr. Ralf Levacher mit dem Aufbau eines widerstandsfähigen Netzes auf Mittel- und Niederspannungsebene.

Die zunehmend dezentrale Einspeisung erneuerbarer Energien stellt die Energieversorger vor neue Herausforderungen, bietet gleichzeitig jedoch auch Chancen. In PolyEnergyNet sehen die Ingenieure eine dieser Chancen darin, autonome Teilnetze bilden zu können. Diese haben den Vorteil, dass sie sich bei Störungen im Niederspannungsnetz selbst versorgen können. In diesen sogenannten Holonen übernehmen dann die dort vorhandenen Erzeugungsanlagen die Versorgung der Verbraucher so lange, bis das übergeordnete Netz wieder stabil läuft. Anschließend lassen sich die Holonen in das Netz integrieren.

Ein weiterer Ansatz der Projektgruppe ist der namensgebende Polynetzgedanke. Die Elektrizitäts-, Gas- und Wärmenetze sollen mit einem übergeordneten Glasfasernetz miteinander verknüpft werden. Das soll es ermöglichen, Versorgungsausfälle durch gasbetriebene Blockheizkraftwerke, Warmwasserspeicher und Solarstromspeicher zu überbrücken. Die Versorgungssicherheit würde dadurch steigen.

Im integrativen Feldtest werden die entwickelten Konzepte in einem realen Testgebiet erprobt. Hierzu wurden auf Basis eines Messkonzepts im Feldtestgebiet in Saarlouis mit Messsensorik ausgestattet und intelligente Messsysteme bei Anschlussnutzern eingebaut. Die Automatisierungstechnik ist in PolyEnergyNet dezentral verteilt. So wird der Netzzustand von Automatisierungssystemen in Ortsnetzstationen erfasst, welche auch die geeigneten Holonbildungen und Regeleingriffe ermitteln und ansteuern können. Wesentliche Technologien für die Verknüpfung der Energienetze sind im Feldtest vor allem BHKWs und Power-to-Heat-Anlagen. In Zeiten hoher Sonneneinstrahlung oder starkem Windaufkommen, lässt sich überschüssige elektrische Energie in Wärme umwandeln und speichern.

Was ist ein Holon

Holone sind veränderliche Zellen, die sich dynamisch an die jeweilige Netzsituation anpassen können. Im Projekt sind Holone als autonom versorgte Teilnetze definiert, die sich über Trennstellen je nach Netzsituation neu bilden und damit eine optimale Versorgungssituation herbeiführen.

Resiliente Ortsnetze für mehr Sicherheit

Ziel des Vorhabens ist die Erforschung und exemplarische Realisierung von resilienten, also gegen Störungen von außen geschützten, Ortsnetzen. Diese zeichnen sich durch einen robusten Netzbetrieb aus, der sowohl auf die Volatilität der Einspeisung dezentraler erneuerbarer Energiequellen als auch auf unvorhersehbare Ereignisse bis hin zu Cyber-Attacken reagieren kann. Einen wesentlichen Punkt sehen die Forscher darin, eine gemeinsame Informationbasis zu schaffen, die es erlaubt, kritische Netzzustände zu erkennen und mittels geeigneter Maßnahmen zu beheben. Zudem soll die Versorgung möglichst weiträumig in einem Notbetrieb aufrechterhalten werden bzw. Teile des Ortsnetzes in Quarantäne gesetzt werden, bis eine Wiedereingliederung in das Gesamtsystem möglich ist.

Um die Ziele erreichen zu können, arbeiten Experten aus unterschiedlichen Fachbereichen zusammen. Zu Beginn galt es daher besonders, einen gemeinsamen Arbeitsprozess zu definieren, nach Möglichkeit das Wissen aus den anderen Fachdisziplinen im Konsortium transparent zu machen und eine theoretische Grundlage als Fundament für weitere Überlegungen zu erarbeiten. Hierbei waren der Austausch über Erfahrungen in anderen Forschungsprojekten sowie Grundlagen aus der Systemtheorie zu Holonen dienlich. Im Laufe des Projektes haben sich die Ingenieure drei Meilensteine gesetzt:

  • Das konzeptionelle Modell, die funktionalen Anforderungen und die Szenarien resilienter holarer Polynetze liegen in erster Version vor. Auf dieser Basis sollen erste Konzepte für Netzplanung und -betrieb, Energie und Messdatenmanagement sowie die Resilienz des Netzes entworfen worden sein.
  • Sämtliche Anforderungen liegen vor und die Analyse ist abgeschlossen. Die wesentlichen Kernfunktionalitäten sind vollständig entwickelt. Erste Prototypen für Netzplanung und -betrieb, Energie und Messdatenmanagement sowie die Angriffserkennung werden vorgestellt. Eine Planung des Feldversuchs liegt vor.
  • Ein vollständiger Demonstrator ist implementiert, im Feldversuch evaluiert und die Ergebnisse werden veröffentlicht.

Die Verbundpartner im Überblick

  • B.A.U.M. Consult koordiniert die grundlegenden Aktivitäten zur Modellbildung für ein resilientes Polynetz. Sie unterstützten durch vor-Ort Beratung die reale Identifikation und Integration von betrieblichen Flexibilitäten sowohl für das Modell als auch für den abschließenden Feldtest.

  • Das DFKI entwickelt im Rahmen des Vorhabens im Wesentlichen drei Artefakte. Neben Aggregations- und Analysetools für Polynetze wird eine Prognosesoftware für Polynetze sowie Netzführungssysteme für resiliente Polynetze erstellt.

  • Das KIT entwickelt im Rahmen des Vorhabens eine skalierbare, hochverfügbare Cloud-Infrastruktur/Plattform und konzeptioniert und realisiert die Integration und Verwaltung internetweit verteilter Datenmanagementsysteme. Weiterhin werden Softwarekomponenten für das Monitoring und die ereignisgetriggerte automatische Skalierung von Diensten entwickelt.

  • Scheer Management trägt in diesem Zusammenhang grundlegende Konzepte für eine Systemarchitektur im Bereich des Datenmanagements bei. Ziel ist es, Echtzeitfähigkeit und Massendaten in einem Energy Data HUB so zu verbinden, dass ein entkoppelter Betrieb möglich ist und nahezu jederzeit die Ausfallsicherheit gewährleistet ist.

  • Die Stadtwerke Saarlouis widmen sich insbesondere der energiewirtschaftlich-konformen Ausgestaltung der Modelle und Szenarien. Zudem konzeptionieren und betreuen die Stadtwerke Saarlouis den integrativen Feldversuch.

  • Die TU Berlin befasst sich innerhalb des Vorhabens mit dem Management von verteilten Messdaten unter der Berücksichtigung von spezifischen Qualitätsanforderungen, wie Skalierbarkeit und Resilienz innerhalb von Polynetzen. Erstens wird ein entsprechendes verteiltes Datenbankmanagementsystem für Messdaten entwickelt und prototypisch umgesetzt. Zweitens werden neuartige Verfahren für die quantitative Bestimmung von kritischen Qualitätseigenschaften von Datenbankmanagementsystemen für Messdaten innerhalb von PolyNetzen entwickelt.

  • Die TU Darmstadt befasst sich im Rahmen des Vorhabens mit den Schwerpunkten resiliente Netzwerke, sichere IKT Infrastrukturen sowie kollaborative Angriffserkennung.

  • Die [ui!] fokussiert sich im Rahmen des Vorhabens auf die Themen Taxonomie / Ontologie, Gesamtarchitektur, Protokollspezifikation der verwendeten Komponenten und Dienste und auf automatische Reaktionen auf Angriffe / Notbetrieb und Priorisierung.

  • VOLTARIS ist entscheidend verantwortlich für die Entwicklung des Messkonzeptes. Darüber hinaus ist VOLTARIS zuständig für die Auswahl und Beschaffung der Messsysteme, bestehend aus Zähler, Gateway und Steuerbox, welche im Feldtest in die einzelnen Holone beziehungsweise Haushalte eingebaut werden. Darüber hinaus wird VOLTARIS die Konzeptionierung und Umsetzung der notwendigen Backendsysteme, das Gateway-Administrator-System sowie das System zum energiewirtschaftlichen Messdatenmanagement verantworten.

  • Die VSE Verteilnetz identifiziert die Aufgaben und Anforderungen an eine spartenübergreifend tätige Netzleitstelle und entwickelt die entsprechenden Lösungsansätze. Weiterhin bringt die VSE Verteilnetz ihr Know-how im Bereich Netzplanung und Netzbetrieb in das Projekt ein und unterstützt hierdurch die Partner.

Laufzeit

09/2014 – 08/2017

Kontakt

Dr. Ralf Levacher
Projektkoordination und Energienetzbetrieb
Stadtwerke Saarlouis GmbH
Holtzendorffer Str. 12
66740 Saarlouis
+49(0)6831-9596-482
+49(0)6831-9596-496

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

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