Energiemanagement in der Niederspannungsversorgung mittels dezentraler Entscheidung

- Konzept, Algorithmen, Kommunikation und Simulation -

Nestle, David

kassel university press, ISBN: 978-3-89958-390-8, 2008, 231 Seiten
(Erneuerbare Energien und Energieeffizienz - Renewable Energies and Energy Efficiency 7)

URN: urn:nbn:de:0002-3903

Zugl.: Kassel, Univ., Diss. 2007

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Inhalt: Erneuerbare und dezentrale elektrische Erzeuger werden mit zunehmender Anzahl und Leistung im Netz installiert. Damit diese künftig konventionelle Kraftwerkskapazitäten ersetzen können, müssen sie auch Systemdienstleistungen und weitere Funktionen der elektrischen Energieversorgung, die bisher von konventionellen Kraftwerken erbracht wurden, zur Verfügung stellen. Eine technische Kommunikationsanbindung der dezentralen Erzeuger im Netzbetrieb wird dazu unerlässlich sein. Zugleich kommt auch dem Lastmanagement eine zunehmende Bedeutung zu, da sich die fluktuierenden Erzeuger Wind und Photovoltaik (PV) nicht in dem Maße regeln lassen wie konventionelle Kraftwerke. Da ein erheblicher Teil des deutschen Stromverbrauchs in der Niederspannungsversorgung stattfindet, erfordert auch dieser Aspekt die Möglichkeit, über eine Kommunikationsanbindung Geräte im Verteilnetz zu beeinflussen. Für Last- und Erzeugungsmanagement in der Niederspannungsversorgung müssen schließlich die Anforderungen der Kunden in der Niederspannungsversorgung berücksichtigt werden, neben Privathaushalten auch Kleingewerbe.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist es entscheidend, alle Aspekte der Kommunikation und der Integration in die jeweiligen versorgten Gebäude so weit zu standardisieren und zu automatisieren, dass möglichst wenig individuelle Planung notwendig ist. Bezüglich der Kommunikation sind Standards entscheidend, die für eine einheitliche Sprache bei den Kommunikationspartnern sorgen. Außerdem ist es wichtig, den Kunden weiterhin Freiheit bezüglich ihres Energieverbrauchs zu lassen, aber zugleich Anreize zu schaffen, den Betrieb des Energieversorgungssytems zu unterstützen. Dies lässt sich durch Vorgabe eines variablen Tarifs erreichen, der dem Kunden die Entscheidung überlässt, zu welcher Zeit er wie viel Strom bezieht oder einspeist, aber zugleich dem Kunden einen finanziellen Anreiz gibt, sich dabei den Erfordernissen der Energieversorgung anzupassen. Über den Mechanismus der statistischen Mittelung wird dadurch ein Instrument entwickelt, das dem Kunden maximale Flexibilität, zugleich aber auch der Energieversorgung insgesamt einen sehr hohen Grad an Zuverlässigkeit bietet (Prinzip der „dezentralen Entscheidung auf Basis zentraler und dezentraler Informationen“).

Schon heute ist der Netzanschlusspunkt eines Netzkunden als technische und juristische Grenze zwischen öffentlichem Netz und Gebäudenetz des Kunden definiert. Diese Grenze bleibt im Konzept des Bidirektionalen Energiemanagementinterface (BEMI) erhalten und wird durch eine intelligente Kommunikationsschnittstelle erweitert. Das BEMI wurde erfolgreich durch Laboraufbau und Simulation getestet. Ergebnisse des Labortests zeigen, dass typische Haushaltsgeräte automatisch ohne Beeinträchtigung der Funktion entsprechend der Anforderungen des Kunden kostenoptimal bei variablem Strompreis geschaltet werden. Auch der Nutzerzugriff auf das System, die notwendige Lastprofilerfassung und die Kommunikation mit einer BEMI-Leitstelle wurden implementiert und deren Funktion nachgewiesen.

Für die Entwicklung und Beurteilung der Algorithmen des BEMI ist es unerlässlich, innerhalb kurzer Zeit das Verhalten von einem oder einer großen Anzahl von BEMIs zu testen. Das gilt umso mehr für die Algorithmen des Energiedienstleisters, der die BEMI-Kunden mit elektrischer Energie aus verschiedenen Quellen beliefert. Denn diese Algorithmen haben genau die Aggregation und zielgerichtete statistische Beeinflussung einer großen Anzahl von BEMI-Kunden zum Ziel. Daher wurde der Nutzen eines Energiemanagements mit einer hohen Anzahl von Lasten und BEMIs für den optimalen Einsatz der fluktuierenden Erzeugung mittels Simulation näher untersucht. Die Simulationsuntersuchungen zeigen, dass unter den getroffenen Annahmen durch das BEMI-Management ca. 30% der Energie, die regelbar zur Verfügung stehen muss, eingespart wird. Ein Vergleich der Daten bei unterschiedlicher Durchdringung mit fluktuierender Erzeugung zeigt, dass bei steigender Windkraft- und PV-Leistung die Bedeutung des Energiemanagements weiter wächst.

Die Publikation ist in folgenden Formen erhältlich:

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