Chen Dagang, Ramzi Dghim, Viktoria Glasmachers, Marius Helf, Shinejil Khurel-Odon, Hüseyin Kagba, Li Ma, Khayyam Mahmood, Benjamin Pickhardt, Stefan Pöter, Sebastian Ruthe und Han Yu
Endbericht der Projektgruppe - RealDezent - Verteiltes Energiemanagement/-Analyse elektrischer Ressourcen unter realen Betriebsbedingungen
2008-09
Durch die Verknappung und damit verbundene Preiserhöhung fossiler Rohstoffe, sowie durch die aktuelle umweltpolitische Stimmung, wird der Druck auf die Energieversorgung größer, die bisherige Primärenergiebasis (Erdöl, Erdgas, Kohle, etc.) um saubere und regenerative Energiequellen zu erweitern, bzw. bisherige Energiequellen effizienter zu nutzen. Charakteristisch für diese 'neue' Art von Energiequellen ist, dass sie verglichen mit ihren fossilen Konkurrenten nur bei großräumiger Nutzung nennenswerte Leistungen erreichen. Um einen wichtigen Beitrag zur aktuellen Versorgung leisten zu können, werden regenerative Energieumwandlungsanlagen (REAs) als Anlagen niedriger Anschlussleistungen in größer Zahl und weiträumig verteilt betrieben (Windparks, Solaranlagen auf den Hausdächern von Siedlungen, etc.). Die Verfügbarkeit dieser erneuerbaren Energiequellen lässt sich jedoch nicht präzise vorhersagen. Dieses unvorhersehbare Verhalten sorgt in gegenwärtigen Energieversorgungsmodellen damit für große Probleme: Die Leistungen regenerativer Anlagen variieren innerhalb der bisherigen Betriebsintervalle von 15-20 min Länge bzw. regional noch beträchtlich. Die vorgehaltene Reserveleistung und eingesetzte Regelenergie wird klassisch aus fossilen, (derzeit noch) hoch verfügbaren und damit planbaren Rohstoffen gewonnen. Die Regelenergie laufen im Standby, bis ihre Leistung eingesetzt wird. Mit vermehrter Einspeisung aus solchen REAs steigt somit die für den worst-case vorzuhaltende Reserveleistung rapide an. Ein derartiges Versorgungsmodell widerspricht nicht nur ganz offensichtlich der Forderung an eine effizientere Nutzung knapper werdender klassischer Energieträger, es zerstört vielmehr zugleich die Vorteile, die durch die Nutzung regenerativer Energieträger erreicht werden sollen.
Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten F&E Projektes DEZENT, einem Gemeinschaftsprojekt zwischen dem Fachbereich Informatik und der Fakultät Elektrotechnik an der Universität Dortmund, wird eine neues Versorgungsmodell für elektrischen Strom aus verteilter, regenerativer Energieerzeugung entwickelt. In unserem Modell stellen verteilte REA selbst Reserveleistung zur Verfügung es wird aber durch lokale Koordination der Bedarf an vorzuhaltender Reserveleistung reduziert. So wird der, für eine gesicherte Versorgung notwendigen, Netzausgleich geschaffen. Um mit der praktischen Unvorhersehbarkeit in den individuellen Anschlussleistungen umgehen zu können, nutzt DEZENT Betriebsintervalle von nur 0,5s Länge. Software Agenten verhandeln innerhalb dieser Intervalle stellvertretend für individuelle Erzeuger und Verbraucher autonom und direkt miteinander und stimmen sich kontinuierlich über Leistungsfähigkeit und Bedarf ab. Ein derartiges Vorgehen stellt vollständig neuartige Anforderung an das elektrische Netz, was sowohl die Kommunikationsfähigkeit an die einzelnen Agenten als auch die Analyse der Betriebszustände des Versorgungssystems betrifft. Herkömmliche Analyseverfahren, wie Lastflussrechnungen und Zustandsabschätzungen stoßen bereits im klassischen Modell und wesentlich größeren Betriebsintervallen an ihre Grenzen. Um Störungen bzw. Unfälle im Betriebsablauf (Leitungsüberlastungen, Stromausfälle, Notabschaltungen etc.) zu vermeiden ist eine On-The-Fly Analyse des Versorgungsnetzes unverzichtbar. Im Gegensatz zu hergebrachten Regelungskonzepten, bei denen die Energie von oben nach unten (Top-Down) verteilt und global analysiert wird, um ein gewisses Ma"s an unvorhersehbaren Störungen in der Versorgungsleistung systemtechnisch aufzufangen, geschieht in DEZENT Verteilung und Abgleich der Energie von unten nach oben (Bottom-Up), ebenso weit verteilt wird auch die in Realzeit mitlaufende Analyse. Dieses System ist von vornherein hochskalierbar und inkrementell angelegt. Die bisherigen Ansätze und Untersuchungen im Rahmen des DEZENT Projektes sollen nun im praktischen Einsatz mit realistischen Betriebsmittelkonfigurationen auf in einer verteilten Netzsimulationsanlage implementiert und getestet werden. Ein besonderer Schwerpunkt ist dabei die Realisierbarkeit der Netzanalyse und Zustandsbewertung in den vorgesehenen Zeitintervallen im Millisekundenbereich.
Der Projektgruppe steht eine Netzsimulationsanlage zur Verfügung, die u.a. über Synchron- und Asynchronmaschinen sowie steuerbare Gleichstromaggregate verfügt. Um auf dieser Anlage den Dezent-Algorithmus zu implementieren und zu testen, muss es möglich sein, die verfügbaren Geräte zu steuern und zu regeln. Die Steuerung aller Geräte erfolgt über speicherprogrammierbare Steuereinheiten (SPS), die ihrerseits von einem PC gesteuert werden.