Laut Bloomberg kam es im Januar 2021 zum jüngsten einer Reihe von Beinaheunfällen im europäischen Stromnetz, zu einem plötzlichen Frequenzabfall, der einen großflächigen Stromausfall nur knapp verhindern konnte. Die zunehmende Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen ist zwar für die Reduzierung der CO2-Emissionen unerlässlich, führt aber auch zu einer schwankenden Energieversorgung. Hier untersucht Jürgen Resch, Energy and Infrastructure Industry Manager bei COPA-DATA, einem auf Software für Überwachung und Steuerung spezialisierten Unternehmen, warum eine stabile Netzintegration erneuerbarer Energien für Europa von entscheidender Bedeutung ist
Es ist eine Zukunft vorstellbar, in der fast der gesamte Strom Europas aus klimafreundlichen Energiequellen stammt. Allerdings stellt die schiere Anzahl erneuerbarer Energiequellen – Wind, Wellen und Sonne – aufgrund der Unvorhersehbarkeit des Klimas eine Integrationsherausforderung dar.
Erneuerbare Energien müssen schnell ins Netz integriert werden und innerhalb der Grenzen der bestehenden Kabel-, Leitungs- und Transformatoreninfrastruktur bleiben. In den meisten Teilen Europas ist diese Infrastruktur bereits gut etabliert. Die Alternative wäre, dass den Betreibern zusätzliche Kosten entstehen würden, indem sie teure Verstärkungen bezahlen oder sogar neue Stromleitungen bauen müssten. Oft ist das einfach nicht machbar.
Europas Stromnetze sind nicht auf die schwankende Energieversorgung im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien vorbereitet, was bei unsachgemäßer Bewältigung zu einer Destabilisierung des Netzes und im schlimmsten Fall zu einem völligen Zusammenbruch der Stromversorgung führt.
Schwankende Energieversorgung
Die Versorgung mit erneuerbaren Energien hängt vom Wetter ab. Windkraftanlagen drehen sich nur, wenn der Wind weht, während Photovoltaik (PV) nur dann Strom erzeugen kann, wenn die Sonne scheint.
Allerdings wird die Windvorhersage immer genauer. Mittlerweile ist es möglich, die Windsituation für 12 bis 24 Stunden im Voraus vorherzusagen. Obwohl Energieschwankungen immer noch ein Problem darstellen, wissen die Betreiber, wann der Wind weht, und haben so die Möglichkeit, Gegenmaßnahmen zu planen und durchzuführen.
Die Planung mit Solar-PV ist hingegen nicht so einfach. Eine Vorhersage der lokalen Wolkenbildung ist derzeit nicht möglich, Speichersysteme können jedoch helfen, diese kurzen Versorgungslücken aufgrund unvorhergesehener Wolken über der Solaranlage zu vermeiden.
Vor diesem Hintergrund haben Wechselrichter- und Windkraftanlagenanbieter neue Funktionen zur Unterstützung der Netzfrequenz entwickelt. Stromerzeuger in einem Kohlekraftwerk verfügen aufgrund ihrer rotierenden Generatoren über eine Trägheit, die plötzliche Lastwechsel abfedern kann. Diese Trägheit kann durch die Wandler auch künstlich erzeugt werden.
Diese synthetische Trägheit ist der jüngste Schritt in einem langjährigen Technologietrend, es bestehen jedoch Zweifel, ob sie das massive Wachstum der Windenergie unterstützt. Dennoch hat es dazu beigetragen, erneuerbare Energieerzeuger von potenziellen Belastungen für die Stabilität des Stromnetzes in wesentliche Mitwirkende zu verwandeln.
Software für Stabilität
Diese Neuerungen reichen nicht aus, da sich das europäische Netz am 8. Januar 2021 aufgrund von Überstromschutzauslösungen in Kroatien in zwei Teile trennte. Das Netz, das normalerweise von Lissabon nach Istanbul verbunden ist, hatte aufgrund der Trennung in den südöstlichen und nordwestlichen Gebieten Schwierigkeiten, die gleiche Frequenz aufrechtzuerhalten. Auch wenn diese Störung nicht ausdrücklich mit erneuerbarer Energie in Zusammenhang steht, könnten diese Ereignisse mit der stärkeren Integration erneuerbarer Energien häufiger auftreten.
Was wir jedoch aus diesem Vorfall lernen können, ist, dass dieser Zweifel bei installierter industrieller Datenerfassungssoftware nicht bestehen würde.
SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) und Energieüberwachungssoftware werden bereits verwendet, um visuell darzustellen, wie viel Energie an einem Energieerzeugungsstandort vorhanden ist. Es kommt jedoch selten vor, dass die Kommunikation zwischen allen Bereichen eines Energienetzes nahtlos verläuft – von den Standorten zur Erzeugung erneuerbarer Energien bis hin zum Netz und den daran angeschlossenen Umspannwerken.
Die Vernetzung dieser Vermögenswerte hat offensichtliche Vorteile. Beispielsweise benötigt ein unterdimensioniertes Netz mit einer großen Menge an erneuerbaren Energieressourcen die Möglichkeit, die erneuerbaren Energien und ihre Leistungsabgabe zu steuern.
Gelegentlich ist es erforderlich, die Erzeugung eines bestimmten Windparks oder einer Solar-PV-Anlage herunterzufahren oder sogar zu drosseln. Dies muss jedoch auf faire Weise erfolgen, damit Energieerzeuger nicht diskriminiert werden. Software sorgt dafür, dass die einschränkenden Faktoren ausgeglichen werden, um die Rotation der Nachfrage zwischen den verschiedenen Erzeugungsanlagen zu unterstützen.
Um diese Transparenz im gesamten Grid zu erreichen, stellt zenon von COPA-DATA die notwendigen Schnittstellen, Steuerungsfunktionen und Übersichtsmöglichkeiten zur Verfügung. Als unabhängige Plattform lässt sich zenon über nahezu jeden Kommunikationsstandard hinweg einsetzen und führt Datenbereiche an einem Ort zusammen. Die Software kann in kleinen Bereichen dazu beitragen, ein stabiles europäisches Netz zu gewährleisten, indem sie eine Energiemanagementfunktion bereitstellt, die dabei hilft, die Anlagen innerhalb ihrer Betriebsgrenzen zu halten.
Dadurch wird den Benutzern, die mit Teilen des Netzes arbeiten, nicht nur ein Situationsbewusstsein vermittelt, sondern es können auch Fehler erkannt und Beinaheunfälle im europäischen Netz verhindert werden. Schließlich ist eine stabile Integration erneuerbarer Energien in Europa von entscheidender Bedeutung, aber die zunehmende Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen muss von einer zuverlässigen Automatisierungssoftware für die Netzstabilität begleitet werden.
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Quelle: https://envirotecmagazine.com/2021/06/24/keeping-the-lights-on-ensuring-flexibility-and-stability-in-the-european-grid/
