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Herr Sebastian Webel
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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Smart Grids und Energiespeicher

Ein Meilenstein: Inselnetz läuft stabil

Auf Basis der abgeschlossenen Smart Grid-Projekte in Wildpoldsried, haben Siemens und Forschungspartner das Joint Venture egrid gegründet. Das Ziel: Kommerzielle Microgrids, die ausschließlich durch Erneuerbare betrieben werden. Erstmals ist nun ein Teil des Niederspannungsnetzes in der Allgäuer Gemeinde Wildpoldsried erfolgreich vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelt worden.

Sollen 2050 in Deutschland 80 Prozent des Stroms aus regenerativen Quellen stammen, bedarf es einer systemischen Lösung. Etwa Microgrids, wie sie ein Forschungsverbund um Siemens entwickelt. Erstmals ist nun ein Teil des Niederspannungsnetzes in der Allgäuer Gemeinde Wildpoldsried erfolgreich vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelt worden. Das Inselnetz ließ sich unterbrechungsfrei und stabil betreiben.

Die Energiewende ist in Deutschland in vollem Gange – vor allem beim Ausbau der erneuerbaren Energien. Schon heute beträgt deren Anteil am Strommix mehr als 30 Prozent. Um jedoch das Energiewende-Ziel im Jahr 2050 (80 Prozent aus Erneuerbaren) zu erreichen, muss noch weit mehr an erneuerbarer Erzeugungsleistung ins Netz integriert werden. Sogar mehr, als bisher an Spitzenlast in Deutschland benötigt wird.

Gemeinsam mit seinen Projektpartnern ist Siemens nun ein wichtiger Schritt auf dem Weg dorthin gelungen. In der Allgäuer Gemeinde Wildpoldsried – einer Vorzeigegemeinde bei der Transformation hin zu einer von Prosumern gestützten Stromversorgung – ist erstmals ein Teil des Niederspannungsnetzes erfolgreich vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelt worden. Das intelligente Inselnetz, ein sogenanntes Microgrid, ließ sich unterbrechungsfrei und stabil betreiben. Bei einem weiter steigenden Anteil dezentraler Einheiten zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren, wie etwa Photovoltaik- oder Biogas-Anlagen, im Energiemix könnten solche lokalen Inselnetze künftig einen wichtigen Beitrag leisten, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Auch im Falle von Störungen, etwa durch Sturm, Überflutungen oder Blackouts, würden diese einspringen.

Denn schon mit der heute installierten Leistung stößt unser Stromnetz an seine Grenzen. Um den dezentral erzeugten und vor allem je nach Wetterlage schwankenden Strom auch in stets ausreichender Menge zu den Verbrauchern zu bringen, bedarf es intelligenter Netze, sogenannter Smart Grids, die im Vergleich zu heutigen Stromnetzen auch auf der Ebene der Endkunden beziehungsweise bei der Stromverteilung die Fähigkeit besitzen, Erzeugung und Verbrauch auszubalancieren.

Nicht zuletzt profitieren die Wildpoldsrieder selbst von den Forschungsprojekten. Ihr Stromernte übertraf in 2016 den Eigenverbrauch um mehr als den Faktor fünf. Also wesentlich mehr, als hier an Spitzenlast benötigt wird.

Das Smart Grid in der Gemeinde Wildpoldsried im bayerischen Allgäu hat ein Forschungsverbund um Siemens zwischen 2011 und 2013 mit Hilfe des Projekts „Integration regenerativer Energien und Elektromobilität (IRENE)“ aufgebaut und erprobt. Das Besondere an Wildpoldsried: „Schon 2010 wurde hier mit Hilfe von Wind-, Solar- und Biomasse-Anlagen rund zwei Mal so viel Strom erzeugt wie verbraucht. Hier herrschten also schon damals Verhältnisse, wie sie in Deutschland in Zukunft erwartet werden“, erklärt Dr. Michael Metzger, Projektleiter der Siemens-Aktivitäten im IRENE-Forschungsverbund. 

Nach dem Abpfiff folgte der Startschuss

Ende 2013 wurde das IRENE-Projekt erfolgreich abgeschlossen. Mit dem Smart Grid können die fluktuierende Stromerzeugung und der -verbrauch in der Gemeinde flexibel ausbalanciert und so das Netz stabil gehalten werden. Dazu wurden unter anderem zwei regelbare Ortsnetztransformatoren und ein stationärer Batteriespeicher installiert. Außerdem ist das intelligente Netz dort mit einem ausgefeilten Messsystem, einer modernen Kommunikationsinfrastruktur und regenerativen dezentralen Energieerzeugern wie Photovoltaik- und Biogasanlagen ausgestattet.

Nutznießer des Projekts waren aber nicht nur die Forschungspartner, sondern auch die Wildpoldsrieder selbst. Nicht zuletzt dank des installierten Smart Grids übersteigt ihre Stromernte heute den Eigenverbrauch um mehr als den Faktor fünf. Das ist wesentlich mehr, als hier an Spitzenlast benötigt wird.

Neuer Erfolg für IREN2

Die Kooperationspartner hatten somit mit IRENE beste Voraussetzungen geschaffen, um mit einem weiteren Forschungsprojekt dem ehrgeizigen Energiewende-Ziel im Jahr 2050 technisch betrachtet ein Stück näher zu kommen. Im Juli 2014 fiel der Startschuss für das Projekt IREN2, das eine Laufzeit von drei Jahren und neun Monaten hat. Der erfolgreiche Nachweis der Inselnetzfähigkeit des Niederspannungsnetzes ist nun die nächste Etappe auf dem Weg zum Energiewende-Ziel. Die Experten führten dafür zunächst bewusst einen Stromausfall herbei. Die Stromversorgung im betroffenen Netzabschnitt wurde dann lokal als Inselnetz wieder hergestellt. Dieser Inselnetzbetrieb – also der vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelte Betrieb – funktionierte reibungslos. Im nächsten Schritt synchronisierten die Partner das Inselnetz wieder unterbrechungsfrei mit dem öffentlichen Netz, sodass der Wechsel keine Auswirkungen hatte auf die 32 betroffenen Anschlüsse in mehreren Straßenzügen einschließlich einer Schule, eines Kindergartens, eines Gewerbegebäudes sowie mehrerer Privathaushalte. Schließlich demonstrierten die Experten, wie sich "per Knopfdruck" der betroffene Abschnitt des Netzes auf Inselbetrieb und wieder zurück schalten lässt, ohne dass dabei die Stromversorgung unterbrochen wurde.

In Wildpoldsried hat Siemens einen regelbaren Trafo eingebaut, der Spannungsschwankungen ausgleicht – in Hochspannungsnetzen ist das üblich, in den mit Niederspannung betriebenen Ortsnetzen aber ein absolutes Novum.

Dennoch bleiben große Aufgaben. „Sollen ab 2050 vier Fünftel unseres Stroms aus Erneuerbaren statt aus konventionellen Kraftwerken stammen, dann stehen wir – vom heutigen Stand der Technik aus betrachtet – vor einer großen Herausforderung“, erläutert Torsten Sowa vom Forschungspartner RWTH Aachen den Hintergrund von IREN2. „Denn sogenannte Systemdienstleistungen – etwa die Bereitstellung von Blindleistung zur Spannungshaltung in überlagerten Netzen – können heute Erneuerbare nicht leisten. Soll heißen: Eine Lösung musste her – vor allem wenn wir 2050 den angestrebten Anteil an Erneuerbaren erreichen wollen.“

Konventionelle Kraftwerke durch und durch ersetzen

Und diese Lösung konnte das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte IREN2 liefern. Ziel war es, das existierende Stromnetz im Allgäu mit Hilfe verteilter Stromerzeugung und zusätzlicher Komponenten wie Batteriespeicher, Blockheizkraftwerke, Biogasanlagen und Dieselgeneratoren so zu modifizieren, dass es die Systemdienstleistungen, die bisher von konventionellen Kraftwerken erbracht wurden, selbst aufbringt.

IREN2 bot die Möglichkeit, den optimalen Betrieb von autarken Inselnetzen und topologischen Kraftwerken wissenschaftlich zu untersuchen und praktisch zu erproben. Untersucht wurden neuartige Netzstrukturen und deren Betriebsführung nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien, mit dem Ziel, herauszufinden, wie sich Energiesysteme mit verteilter Stromerzeugung und zusätzlichen Komponenten technisch und wirtschaftlich optimieren lassen.

Von Rot zu Grün zu Blau: Schritt für Schritt werden die Forscher von IREN2 ihr Testgebiet in Wildpoldsried ausweiten.

Forschungsergebnisse zu Geld gemacht

Diese gesammelten Erfahrungen wollen die Siemens-Experten nun gemeinsam mit dem Allgäuer Überlandwerk kommerzialisieren. Dazu hat das Allgäuer Überlandwerk das Unternehmen egrid gegründet. Siemens übernahm im Mai 2017 49 Prozent der Unternehmensanteile.

Das Gemeinschaftsunternehmen berät Verteilnetzbetreiber, wie der Ausbau intelligenter Stromnetze bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energien gelingen kann. „Wir helfen mit Intelligenz statt Kupfer“, erklärt Metzger und meint damit, unnötigen Netzausbau zu vermeiden. Das gelingt dank der optimierten Planungskriterien für die Verteilnetze, die die Siemens-Experten im IRENE-Projekt entwickelt haben. Dabei stehen zwei Aspekte im Vordergrund: Wie lassen sich große Leistungen aus dezentralen Erzeugungsanlagen in das Netz einbinden und wie lässt sich ein dezentral geprägtes Verteilnetz sicher steuern.

Zu den ersten Kunden von egrid gehören Stadtwerke, Kommunen und Industriekunden. „Sie alle profitieren von unseren Lösungen zur dezentralen Einspeisung und Speicherung. Aus der Praxis und für die Praxis. So fördern wir gemeinsam mit dem Allgäuer Überlandwerk aktiv die Energiewende", erklärt Michael Schneider, Leiter des Geschäftssegments Power Technologies International bei Siemens Energy Management. egrid ist also mehr als nur ein Joint Venture, das aus einem Forschungsprojekt entstanden ist und nun Geld abwirft – egrid wird helfen, die Energiewende umzusetzen.

Sebastian Webel / Ulrich Kreutzer / Sandra Zistl
Picture credits: von oben: 4. Bild AÜW