Automatisierungstechnik im Bundesforschungsprojekt PolyEnergyNet

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1 Automatisierungstechnik im Bundesforschungsprojekt PolyEnergyNet Stefan Roth, Stadtwerke Saarlouis GmbH 3. WAGO Smart-Grid-Fachtagung Februar 2016, Centralstation in Darmstadt

2 Profil Stadtwerke Saarlouis Die Stadtwerke Saarlouis versorgen mit rund 85 Mitarbeitern die Einwohner der Kreisstadt Saarlouis mit Strom, Gas, Wasser, Fernwärme und Telekommunikation Anteilseigner sind die Kreisstadt Saarlouis (51%) und die energis GmbH (49%) Als Infrastrukturpartner der Wissenschaft waren bzw. sind die Stadtwerke Saarlouis in mehreren Forschungsprojekten beteiligt, darunter PeerEnergyCloud, Designetz und PolyEnergyNet 2

3 Bundesforschungsprojekt PolyEnergyNet Förderinitiative Zukunftsfähige Stromnetze des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Projektlaufzeit: 09/2014 bis 08/2017 Stadtwerke Saarlouis übernehmen die Projektkoordination, unterstützen die energiewirtschaftlich-konforme Ausgestaltung der Modelle und betreuen den Feldtest 3

4 Projektpartner in PolyEnergyNet Unternehmen B.A.U.M. Consult GmbH Scheer ui! the urban institute Voltaris GmbH VSE Verteilnetz GmbH Universitäten DFKI Technische Universität Berlin Technische Universität Darmstadt Karlsruher Institut für Technologie 4

5 Risiken der Energieversorgung Bei Störungen und Angriffen sind die Bewohner großräumiger Gebiete von der Energieversorgung getrennt Großkraftwerke sind einfache Ziele für weitere Angriffe Bei Versorgungswiederaufbau entstehen instabile Inseln 5

6 Energiewende ermöglicht autonome Teilnetze (Holone) Dezentrale Erzeugungsanlagen speisen auch in den unteren Spannungsebenen ein Chance zur Bildung autonomer Teilnetze (Holone) Holon 6

7 Energiewende ermöglicht autonome Teilnetze (Holone) Holone stellen eine Weiterentwicklung des zellularen Ansatzes dar Holone sind über automatisierte Trennstellen dynamisch Holon 2 Holon 1 Holon 3 7

8 Energiewende ermöglicht autonome Teilnetze (Holone) Fehler können bis zur Wiedereingliederung isoliert werden Holone ermöglichen verschiedene Versorgungsgrade zur Priorisierung kritischer Infrastruktur Holon 2 Holon 1 Holon 3 8

9 Effiziente Energietransfers zwischen den Energienetzen Verknüpfung der Energienetze zu einem Polynetz Technologien: BHKW, Power-to-gas, Power-to-heat IKT steuert das Gesamtsystem Power-to-heat BHKW Elektrizität Gas Wärme IKT 9

10 Balance zwischen Erzeugung und Verbrauch als Stabilitätskriterium Information Information 10

11 IKT sammelt Netzinformationen und führt Regeleingriffe durch Regeleingriffe IKT Regeleingriffe Information Information 11

12 Korrektur der Spannung durch netzdienlichen Energietransfer U max ohne Powerto-heat U N U min mit Powerto-heat Einsatz Power-to-heat Hohe PV- Einspeisung 12

13 Übertragung der theoretischen Ansätze in das Feldtestgebiet Feldtestgebiet im Versorgungsgebiet der Stadtwerke Saarlouis mit Kabelverlegplan Nieder- und Mittelspannung 13

14 Übertragung der theoretischen Ansätze in das Feldtestgebiet 14

15 Korrektur der Spannung U max U N U min Spannung über den Leiterstrang 15

16 Neubildung von Holonen bei Störungen Holon 3 Holon 1 Holon 2 16

17 Neubildung von Holonen bei Störungen Holon 3 Holon 1 Holon 2 17

18 Leistungsüberschüsse und -defizite Die Messung der Leistungsflüsse über die Niederspannungshauptverteilung in einer Ortsnetzstation ermöglicht Rückschlüsse zum Betrieb von Holonen und Flexibilitätseinsatz P+ Wie groß müssen Energiespeicher dimensioniert werden? 00:00 12:00 24:00 t P- Zu welchen Zeiten ist Wann muss Teilversorgt eine Ausbalancierung werden und wie hoch ist durch die Flexibilitäten der Versorgungsgrad? möglich? (Inselbetrieb) 18

19 Erfassung des Netzzustands und Fernwirkung Messung von Spannung, Strömen und weiteren Qualitätsparametern in der Transformatorzuleitung und allen Abgängen der Niederspannungshauptverteilung Übertragung der Daten über Glasfaser und LTE an zentralen Server der Stadtwerke Saarlouis Holonrechner verarbeitet Daten, überwacht Netzzustand und errechnet Regelmaßnahmen Ansteuerung der Aktorik über WAGO-Controller 19

20 Wie geht es weiter? Theoretische Ansätze Ermittlung von neuralgischen Punkten der Infrastruktur und Angriffspunkten Modellierung der Prozesse und Verortung der Komponenten und Regeltechnik (zentral vs. dezentral) Entwicklung von Prognoseverfahren zu Erzeugung und Verbrauch Erhebung der spartenübergreifenden Flexibilitätspotenziale und deren Nutzen bei der Netzstabilisierung Weiterentwicklung des Holonmodells und Übertragung auf die Regelprozesse der Managementsoftware 20

21 Wie geht es weiter? Feldtest Installation weiterer Netzsensorik und imsys Aufbau sicherer Datenkommunikationswege (LWL, LTE) unter Berücksichtigung möglicher Angriffsszenarien (Hacker) Analyse und Visualisierung der Messdaten Weiterentwicklung der Feldtestszenarien (Modellierung) Durchführung der Feldtestszenarien mit zunehmendem Automatisierungsgrad 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Projektwebsite: Kontakt: Stefan Roth Stadtwerke Saarlouis 22