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Powerline-Forschung: STeP macht das Stromnetz intelligent
Das Förderprojekt „Smart Technology Planning“ kurz STeP erforscht und entwickelt neue Ansätze zur Planung von Netzausbaumaßnahmen unter Einsatz einer modellgestützten Powerline Communication (PLC)-Planungsmethodik. Unter der Leitung des Instituts für Hochspannungstechnik der RWTH Aachen arbeitet ein interdisziplinäres Team aus Forschung und Wirtschaft an praxistauglichen Kommunikationslösungen für das intelligente Energienetz. Neben der RWTH Aachen sind die Universität Duisburg-Essen, die devolo AG und die Schleswig-Holstein Netz AG Partner dieses Projektes. Die Regionetz GmbH beteiligt sich als assoziierter Partner am Forschungsprojekt, das im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms (Förderbereich Stromnetze) vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gefördert wird.
Neue Technologieoptionen im Verteilnetz
Die Energiewende in Deutschland ist im vollen Gange. Der Zubau regenerativer Stromerzeuger stellt vielerorts die Netzbetreiber vor eine große Herausforderung. Die lokale Speicherung und der flexible Verbrauch in den einzelnen Gebäuden erschweren die Netzsteuerung zusätzlich. Ein Trend der mit dem Rollout intelligenter Messsysteme und der folgenden Implementierung neuer Geschäftsmodelle weiter zunehmen wird. Auch die Elektromobilität stellt zukünftig eine steigende Herausforderung für den sicheren und effizienten Netzbetrieb dar.
Eine Lösung können innovative Betriebsmittel und Betriebsführungskonzepte sein. Diese Optionen basieren häufig auf einer Informations- und Kommunikationstechnik (IKT), welche die Anbindung und Vernetzung von Sensoren und Aktoren im Verteilnetz ermöglicht. Auch für einen erfolgreichen Rollout von intelligenten Messsystemen ist eine geeignete IKT-Infrastruktur erforderlich, um die Zählplätze in ein sicheres und stabiles Kommunikationsnetz einzubinden.
Anforderungen an IKT in der Elektrizitätsversorgung
Bei der Wahl geeigneter IKT sind hinsichtlich technischer Anforderungen und Wirtschaftlichkeit verschiedene Kriterien zu beachten und auf den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen.
So ist für die Realisierung lastflusssteuernder Betriebsführungskonzepte zur Behebung von Netzengpässen oder Spannungsbandproblemen eine hohe Verfügbarkeit und kurze Latenz erforderlich.
Ein kontinuierliches Monitoring des Netzzustandes an verteilten Orten im Netzgebiet, stellt wiederum einen erhöhten Anspruch an den erzielbaren Datendurchsatz der IKT.
Weitere Anforderungen und Zielgrößen zur Einsatzplanung von IKT sind: Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit, Investitionskosten, Betriebskosten, Nachhaltigkeit der Lösung sowie Unabhängigkeit von Drittanbietern.
Integration von Powerline Communication
Die Powerline Communication (PLC) bietet hierbei die Möglichkeit ein Kommunikationsnetz auf Basis der vorhandenen Stromkabelinfrastruktur im Verteilnetz aufzubauen. Bisherige Erfahrungen zeigen, dass die Technik sehr geeignet ist. Dennoch gibt es Phänomene im Niederspannungsnetz, die sich negativ auf die Übertragung auswirken können und die es verhindern eine 100-prozentige Zuverlässigkeit zu garantieren. Änderungen in der Netzstruktur oder ein zusätzlicher Anschluss leistungselektronischer Verbraucher/Einspeiser können zu Änderungen in der physikalischen Signalausbreitung oder Datendekodierung führen. Hinzu kommen zeitvariante Phänomene im Netz. Störaussendung oder Impedanzen von Betriebsmitteln treten mitunter nur zu bestimmten oder gar unregelmäßigen Zeiten auf.
Eine Einschätzung der Langzeitzuverlässigkeit von PLC-Strecken auf Basis kurzzeitiger Feldmessungen ist daher bisweilen schwierig und nicht präzise genug. Vor dem Einsatz der PLC-Technik im Feld sollte durch vorausschauende Planung sichergestellt sein, dass Betriebsmittel (bspw. regelbare Ortsnetzstationen oder netzdienliche Speichertechnologien) und Kommunikationstechnik sich nicht gegenseitig beeinflussen.
Praxiserprobte Netzplanungstools und ein mobiles Langzeitmessgerät
Die devolo AG, die RWTH Aachen, die Schleswig-Holstein Netz AG, die Universität Duisburg-Essen sowie die Regionetz GmbH haben sich im Rahmen des durch das BMWi geförderten Projektes „STeP – Smart Technology Planning“ das Ziel gesetzt, ein Verfahren zur integrierten Planung von Netzausbaumaßnahmen unter Einsatz einer modellgestützten PLC-Planungsmethodik zu entwickeln.
Zur Sicherung der Praxis- und Realitätsnähe werden die Entwicklungen gezielt von Feld- und Laboruntersuchungen begleitet. Mögliche negative Effekte auf PLC-Strecken (bspw. durch leistungselektronisch angeschlossene Betriebsmittel) werden im Großraumlabor der RWTH Aachen umfangreich, anhand unterschiedlichster realer Betriebsmittel, untersucht und bei der Netzplanung direkt berücksichtigt. Weiterhin wird zur physikalischen Analyse der Übertragungsqualität problematischer PLC-Strecken ein mobiles und praxistaugliches PLC-Langzeitmessgerät entwickelt und anschließend im Rahmen von Feldtests erprobt und validiert.
Der erste Feldtest im Netzgebiet der Schleswig-Holstein Netz AG beginnt bereits Ende 2019. Die Projektlaufzeit beträgt drei Jahre und endet am 31. August 2021.
Die Konsortialpartner stellen sich vor
Institut für Hochspannungstechnik, RWTH Aachen
Gegründet im Jahr 1870 gliedert sich die RWTH Aachen heute in 9 Fakultäten mit insgesamt etwa 45.000 Studierenden und mehr als 500 Professoren. Das Institut für Hochspannungstechnik (IFHT) unter der kommissarischen Leitung von Prof. Moser gehört zur Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RWTH Aachen.
devolo AG
Die devolo AG liefert Hardware für das intelligente Stromnetz. Als Powerline-Pionier ist devolo ausgewiesener Experte für die Datenkommunikation über die Stromleitung. Im Projekt erforscht devolo, wie Powerline-KPIs (Key Performance Indikatoren) berechnet werden können, um so eine optimale PLC-Netzplanung zu ermöglichen.
Universität Duisburg-Essen
Die Universität Duisburg-Essen ist 2003 aus der Fusion der ehemals unabhängigen Universitäten in Duisburg und Essen entstanden. Mit ihren 11 Fakultäten, 478 Professuren, 5.793 Beschäftigten und 42.700 Studierenden ist eine der großen Universitäten Deutschlands. Unter der Leitung von Prof. Holger Hirsch beschäftigt sich der Lehrstuhl in vielfältigen Forschungs- und Industrieprojekten der Nutzung von Informationstechnik in Energieanlagen.
Schleswig-Holstein Netz
Die Schleswig-Holstein Netz AG ist als Betreiber von Strom- und Gasnetzen in rund 1.000 Kommunen in Schleswig-Holstein und Nordniedersachsen für den sicheren und zuverlässigen Betrieb der Energienetze verantwortlich. Als Partner der Energiewende hat das Unternehmen in den letzten Jahren rund 33.500 Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien an seine Netze angeschlossen.
Regionetz GmbH (Assoziiert)
Die Regionetz GmbH ist der Netzbetreiber für die Stadt Aachen, die Städteregion Aachen sowie Teile der Kreise Düren und Heinsberg. Neben den regulierten Strom- und Gasnetzen betreibt sie auch Wasser- und Wärmenetze. Mit rund 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bündelt die Regionetz alle Aufgaben rund um Bau, Betrieb, Netzwirtschaft, Asset- und Zählermanagement.
Ansprechpartner
Dr. Michael Andres
Leiter Geschäftsfeldentwicklung
Philipp Lutat, M.Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Marcel Kurth, M.Sc.
Teamleiter Verteilungsnetzplanung und -betrieb