Energielastoptimierung für Netze

Die Optimierung der Energielast in einem Smart Grid, auch als Lastmanagement bezeichnet, ist ein komplexer Prozess, der auf der intelligenten Steuerung von Energieverbrauch und -erzeugung basiert.

Hier sind die wichtigsten Schritte:

– Datenerfassung: Smart Grids nutzen Sensoren und Smart Meter, um Daten über den aktuellen Energieverbrauch und die Erzeugung in Echtzeit zu sammeln.

– Analyse und Prognose: Diese Daten werden dann analysiert, um Muster zu identifizieren und Prognosen über zukünftige Lastspitzen zu erstellen.

– Lastverlagerung: Ein zentrales Element der Lastoptimierung ist die Lastverlagerung oder „Demand Response“. Dabei wird versucht, den Energieverbrauch zu Zeiten hoher Netzlast zu reduzieren und stattdessen auf Zeiten niedriger Last zu verlagern. Dies kann durch Anreize wie zeitvariable Stromtarife oder durch automatisierte Steuerungssysteme erreicht werden, die Geräte zu Zeiten niedriger Last betreiben.

– Integration erneuerbarer Energien: Smart Grids können erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie integrieren und deren volatilen Charakter durch vorausschauende Algorithmen und Energiespeicher ausgleichen. Auf diese Weise kann erneuerbare Energie effizienter genutzt und die Netzlast reduziert werden.

– Energieeffizienz: Smart Grids fördern auch die Energieeffizienz durch Echtzeit-Feedback an die Verbraucher und durch die optimierte Steuerung von Geräten und Systemen. Dies kann dazu beitragen, unnötigen Energieverbrauch zu reduzieren und die Netzlast zu minimieren.

Grid-Transformation

Grid-Transformation erfolgt in drei Stufen:

1. Strom wird aus dem Netz gezogen (Traditionelles Stromnetz): In diesem traditionellen Modell wird Strom von großen, zentralisierten Kraftwerken erzeugt – oft unter Verwendung von fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdgas. Dieser Strom wird dann über ein Netz von Hochspannungsleitungen verteilt und letztendlich zu den Endverbrauchern transportiert. In diesem Stadium gibt es einen unidirektionalen Energiefluss vom Kraftwerk zum Verbraucher, und der Verbraucher ist fast ausschließlich ein Energiebezieher.

2. Strom wird sowohl gezogen als auch ins Netz eingespeist (Übergang zu Smart Grids): Mit der Verbreitung von erneuerbaren Energien beginnen viele Haushalte und Unternehmen, ihre eigene Energie zu erzeugen – typischerweise mit Solarpaneelen oder Windkraftanlagen. Überschüssige Energie, die nicht sofort verbraucht wird, kann ins Stromnetz eingespeist werden. In dieser Phase wird das Netz zunehmend bidirektional, mit Strom, der sowohl zu als auch von den Verbrauchern fließt. Diese Transformation wird durch Technologien wie Smart Meters und Energiespeicher unterstützt, die es ermöglichen, die Erzeugung und den Verbrauch von Energie effektiver zu steuern und zu verwalten.

3. Energie-Communities entstehen (Dezentralisiertes und vernetztes Smart Grid): In der letzten Phase der Transformation entstehen Energie-Communities oder Mikronetze, in denen Gruppen von Verbrauchern und Erzeugern von erneuerbarer Energie gemeinsam Energie produzieren, teilen und handeln. Dies kann innerhalb einer Wohnanlage, eines Stadtteils oder sogar auf regionaler Ebene geschehen. Diese Energie-Communities können oft eigenständig funktionieren und bei Bedarf mit dem Hauptnetz interagieren. In diesem Stadium wird die Energieverteilung zunehmend dezentralisiert und demokratisiert, und Verbraucher können aktive Teilnehmer am Energiesystem werden.
Diese Grid-Transformation wird durch Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), Blockchain und künstliche Intelligenz ermöglicht und unterstützt, die eine effiziente und sichere Kommunikation und Transaktion von Energie innerhalb der Community ermöglichen. Es ermöglicht eine flexiblere, widerstandsfähigere und nachhaltigere Energieinfrastruktur.

Smart-Grid Kommunikationsprotokolle

Für Smart-Grid-Technologien gibt es mehrere Kommunikationsprotokolle, die genutzt werden. Hier sind einige davon:

– IEC 61850: Dieser Standard wurde von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) für die Kommunikation in intelligenten Stromnetzen entwickelt. Er wird insbesondere für den Informationsaustausch in Unterstationen und Schaltanlagen genutzt.

– DNP3 (Distributed Network Protocol): DNP3 ist ein Kommunikationsprotokoll, das hauptsächlich in der Automatisierung von Energieversorgungsnetzen genutzt wird. Es bietet eine robuste und sichere Kommunikation zwischen Komponenten in SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) Systemen.

– OpenADR (Open Automated Demand Response): Dies ist ein Protokoll für Demand Response Anwendungen, das es ermöglicht, Lastverschiebungsstrategien zu koordinieren und zu automatisieren, um die Energieeffizienz zu verbessern.

Kommunikation zwischen Ampi-Cloud und Netzbetreiber

1) Datensammlung: Die Ampi-Box wird in Betrieben oder Haushalten installiert und beginnt mit der Sammlung von Daten von verschiedenen Geräten und Sensoren innerhalb dieser Einheiten. Diese Informationen können Energieverbrauch, Gerätestatus, Netzlast und Energieerzeugung beinhalten.

2) Datenübertragung zur Ampi-Cloud: Diese gesammelten Daten werden von jeder Ampi-Box zur zentralisierten Ampi-Cloud gesendet. Die Ampi-Cloud aggregiert und analysiert diese Informationen von mehreren Ampi-Boxen aus verschiedenen Betrieben oder Haushalten.

3) Informationsweitergabe an den Netzbetreiber: Nach der Analyse und Aggregation der Daten leitet die Ampi-Cloud die relevanten Informationen an den Netzbetreiber weiter. Diese Daten können dem Netzbetreiber dabei helfen, den aktuellen Status des Netzes besser zu verstehen und zukünftige Netzbelastungen vorherzusagen.

4) Rückmeldung vom Netzbetreiber: Basierend auf den verfügbaren Ressourcen, der aktuellen Netzlast und anderen Faktoren trifft der Netzbetreiber Entscheidungen und sendet diese Informationen zurück an die Ampi-Cloud. Diese Rückmeldungen könnten angepasste Tarife und Empfehlungen zur Laststeuerung enthalten.

5) Verteilung der Informationen durch die Ampi-Cloud: Nach Erhalt der Informationen vom Netzbetreiber verteilt die Ampi-Cloud diese Informationen an die einzelnen Ampi-Boxen in den Haushalten und Betrieben.

6) Steuerung durch die Ampi-Box: Basierend auf den von der Ampi-Cloud erhaltenen Informationen steuert die Ampi-Box entsprechend die einzelnen Geräte innerhalb des Haushalts oder Betriebs. Dies könnte zum Beispiel das Ein- oder Ausschalten von Ladestationen oder Wärmepumpen zu bestimmten Zeiten oder bei bestimmten Netzbedingungen bedeuten.

Durch diesen Prozess ermöglicht das System eine effizientere Nutzung von Energie, bessere Lastausgleich und eine verbesserte Integration von erneuerbaren Energien und anderen dezentralen Energiequellen. Es verbessert die Kommunikation und Koordination zwischen Verbrauchern, Energieerzeugern und Netzbetreibern und trägt zu einem stabilen und nachhaltigen Energiesystem bei.

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