Virtuelles Kraftwerk für stabile Stromnetze

Früher kam der Strom fast ausschließlich aus großen Kraftwerken, die ihre Produktion stets an die aktuelle Nachfrage anpassen können. Mit der Energiewende nehmen zahlreiche kleinere Anlagen, die erneuerbare Energie produzieren, immer stärker an der Stromversorgung teil. Da Wind und Sonne unregelmäßig auftreten und der Strom aus dezentral verteilten Anlagen eingespeist wird, ist es eine neue Herausforderung, das Stromnetz stabil zu halten – das heißt: die Erzeugung und den Verbrauch von Strom in Einklang zu bringen.

Wie das gehen kann, ist in den vergangenen drei Jahren im Projekt QUIRINUS durch regionale Partner erforscht worden. Konsortialführer war der Netzbetreiber Regionetz, ein Tochterunternehmen von STAWAG und EWV. Gefördert wurde das Projekt durch das Land NRW und die Europäische Union. Die Fördersumme betrug rund sechs Millionen Euro.

Herausforderung: Flexibilität managen


„Zum Abschluss von QUIRINUS können wir eine sehr positive Bilanz ziehen“, freut sich Stefan Ohmen, der gemeinsam mit Axel Kahl Geschäftsführer der Regionetz ist. „Unser zentraler Ansatz im Projekt war, die Stromnetze künftig durch ein virtuelles Flächenkraftwerk stabil zu halten. Das hat funktioniert und wir haben wertvolle Erkenntnisse für ein solches Modell gewinnen können – wobei unser Fokus auf den Verteilnetzen lag.“

Bei einem virtuellen Flächenkraftwerk werden die dezentral produzierenden regenerativen Anlagen über ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden. Die Informationen und Daten werden an einer zentralen Stelle verarbeitet, sodass man von dort Angebot und Nachfrage stabilitätswirkend aufeinander abstimmen kann.

„In unserem Projekt war diese zentrale Stelle das QUIRINUS Control Center am Projektstandort in Heppendorf“, erklärt Axel Kahl. „Dort haben wir ein komplexes Software-System aufgebaut, das mit Hilfe von Online-Messwerten, historischen Lastgängen, Prognosen und Lastprofilen den aktuellen und zukünftigen Zustand eines Netzes ermitteln kann. Im Kern geht es darum, die Flexibilität von Angebot und Nachfrage routinemäßig zu managen.“

Control Center im Fokus

Das QUIRINUS-Team stützte sich dabei auf ein eigens entwickeltes Ampelsystem, das mit Blick auf die Leitungen und Knotenpunkte in Echtzeit und in der Vortagesprognose anzeigt, wo Engpässe, Überlastungen oder Ausfälle auftreten. Besonders herausfordernd war dabei die sichere informations- und kommunikationstechnische Anbindung von Netzleitstellen und Anlagen, die Integration von Erzeugungs- und Lastprognosen sowie der Aufbau einer IT-Infrastruktur mit einem Security-Monitoring System. Bezugspunkt der Versuche waren verschiedene reale Netze in der Region Aachen-Düren.

Neben dem Control Center zählten zum QUIRINUS-Projekt auch zwei weitere Feldversuche, die speziellen Aspekten des Flexibilitäts-Managements galten. „Am Tagebau in Inden haben wir 2018 in einem Inselnetz getestet, wie ein BHKW mit Schwungmassespeicher bei Lastschwankungen stabilisierend eingesetzt werden kann“, blickt Pascal Gerold zurück, der für Regionetz das QUIRINUS-Projekt geleitet hat. „2019 wurde die stabile Versorgung eines Inselnetzes mittels BHKW und Rotationsspeicher an einem Biogas-Anlagekomplex in Gangelt erfolgreich wiederholt, wobei eine deutlich komplexere Netzstruktur, unter anderem mit volatiler Energieerzeugung aus Photovoltaik, genutzt wurde.“

Die QUIRINUS-Projektpartner im Überblick

Regionetz (Konsortialführer) // SME // NEW Netz // RWE // SAE IT-Systems // Stornetic // Leitungspartner // 2G // Solar –Institut Jülich // ewi //

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