Wird vom intelligenten Stromnetz der Zukunft gesprochen, so ist man sehr schnell dabei neue Kommunikationsschnittstellen zu schaffen. Machine-2-Machine Communication, bei der sich verschiedene Geräte im Netz unterhalten können, um gemeinsam das Netz stabil zu halten. Viel modernes Zeugs, welches Investitionen in Kommunikation, Fernwirktechnik und vor allem Datenleitungen mit sich bringt.

Doch auch die „analoge“ Welt des bestehenden Stromnetzes bringen einige Interessante, bestehende Techniken mit sich. Diese Techniken intensiver zu nutzen, kann auch ein Baustein der Stromwende werden.

Es ist nicht sonderlich verwunderlich, dass Telekommunikationskonzerne wie die Deutsche Telekom eigene Konzerngeschäftsfelder gründen, die sich nur um die Kommunikation rund um das Stromnetz beschäftigen. Ohne Fernwartung gibt es kein Offshore-Wind – und kaum eine Onshore-Anlage kommt ohne Fernzugriff aus. Die Möglichkeit den Betriebszustand der Anlage zu überwachen in einer Leitwarte die beliebig viele Kilometer entfernt ist – oder sogar aktiv Veränderungen an der Anlage durchzuführen.

nsa_scadaBei der Erzeugung sitzt die Telekommunikations-branche fest im Sattel. Die Kehrseite sieht man allerdings sehr schön bei einer Google Suche nach „SCADA“ – die nächsten vorgeschlagenen Begriffe sind Cyber und Security. Jede neue Möglichkeit des Datenaustauschs zwischen Geräten bringt die latente Gefahr, dass die NSA mithört oder sogar aktiv in das Geschehen eingreifen kann. Auf der Seite der Erzeugung kann dies noch durch andere Kraftwerke abgefangen werden, doch spätestens auf der Seite des Netzes muss Kommunikation neu gedacht werden.

Grid Security  – Sichere Stromnetze – basieren auf einer Vielzahl von Techniken. Desto mehr Intelligenz man allerdings dezentral – ohne Kommunikation vorhalten kann, desto sicherer wird ein Netz.

Aus dem 50,2 Hz Problem lernen

Die älteren technischen Richtlinien forderten bei Erreichen und Überschreiten einer Netzfrequenz von 50,2 Hz eine unverzügliche Trennung der Anlagen vom Stromnetz. (VDE)

Noch bis zum Jahresende läuft die Frist zur Nachrüstung von PV-Anlagen. Was war/ist hier eigentlich das Problem? Und kann man aus der Lösung etwas lernen?

Die Netzfrequenz in Europa hat einen Soll von 50 Hz,  weicht diese nach oben ab, so ist dies ein Indikator für zuviel Energie im Stromnetz. Die einfach Lösung ist, die Erzeugung dann vom Netz zu trennen. Durch eine große Anzahl von PV-Anlagen würde bei einem Erreichen der Grenze von 50,2 Hertz sofort eine zu große Menge ausfallen, welches die Frequenz (wahrscheinlich) unter die 50 drücken würde und so einen Domino-Effekt im Netz verursachen könnte. In der Anwendungsregel 4105 des VDE wurde daher definiert, dass eine Erzeugungsanlage nicht mehr auf einen Schlag getrennt wird, sondern einem Gradienten folgt, d.h. entsprechend der Frequenz immer weiter die Einspeisung reduziert, bevor sie irgendwann ganz vom Netz getrennt wird.

Der Charme an der 50,2 Hz Lösung ist, dass sie eigentlich keine Datenverbindung benötigt, dennoch ein Informationsaustausch stattfindet – über das bestehende Kupferkabel. Das Stromnetz sendet mit seiner Netzfrequenz permanent eine Information, der Wechselrichter einer PV-Anlage oder das NAS eines BHKWs versteht diese Nachricht und reagiert entsprechend.

Informationen des Netzes

Damit ein Informationsaustausch zwischen einer Erzeugungsanlage und dem Stromnetz stattfinden kann, müssen alle beteiligten Geräte wissen, wie sie eine Nachricht interpretieren – also in die technischen Eigenschaften übernehmen – müssen.

Neben der Netzfrequenz gibt es weitere Informationsbausteine, die an jedem Netzanschluss messbar und auswertbar sind. Sehr einfach zu messen ist das Spannungsniveau. Der Normwert liegt bei 230V (3-Phasig) und darf zwischen +/- 10% schwanken. Gerade in Verteilnetzen werden diese Toleranzen gerne vollständig genutzt. Die Spannung, die in einer Steckdose messbar ist, wird im Tagesverlauf deutlich schwanken und ist auch von der Anzahl und Art der eingeschalteten Geräte abhängig.

Auch der Phasenschiebewinkel kann theoretisch gemessen werden, allerdings sind Micro-Controller hierfür nicht weit verbreitet, weshalb die Information nicht schnell für viele Geräte zugänglich gemacht werden kann.

Information für die Verbraucher

Die sogenannten Appliances, oder wie sie in deutscher Sprache gerne genannt werden „Die Weiße Ware“ , wirbt gerne mit dem Slogan „Smart Grid Ready“. Allerdings sind diese Geräte meist noch nicht Ready für das bestehende (analoge) Stromnetz.  Kühlschrank, Herd, Waschmaschine und Trockner haben die Möglichkeit ebenfalls auf die Informationen aus dem Netz zu hören und ihre Programme entsprechend anzupassen.

DNA eines Kühlschranks
E DNA eines Kühlschranks

Ein Kühlschrank folgt heute einem relativ dummen Programme, welches aus Kompressorlauf (Spitze am Anfang) gefolgt von einem Lauf der Umwälzpumpe besteht. Gibt man der Logik des Programms zusätzliche Parameter, wie die Netzspannung, so können die Laufzeiten hinsichtlich des Netzes optimiert werden.  Ein hohes Spannungsniveau kann für eine Kompression, oder einen längeren Betrieb der Umwälzpumpe genutzt werden. Wie bei den PV-Anlagen, sollten allerdings auch hier Gradienten genutzt werden.

Jede Art von Gerät hat natürlich seine eigenen Arten, wie es mit den Informationen aus dem Stromnetz umgehen kann. Ein Waschmaschine anders als ein Trockner, ein Staubsauger anders als eine Mikrowelle.

Netzgesponsort

Der Aufbau einer zusätzlichen Kommunikationsinfrastruktur zur Umsetzung eines Smart-Grid wird mit einigen Kosten verbunden sein. Kosten, die letztendlich über die Netzentgelte auf die Stromkunden abgewälzt werden (vergl. Netzentgelte frei zu Reform).

Eine Alternative ist jedoch ein Sponsoring des Kaufs intelligenter Hausgeräte zu erlauben. Geräte, die ihre Programme an den Zustand des Stromnetzes anpassen können, erhalten eine Prämie/Bonus/Rabatt, der durch die Netzentgelte finanziert wird.

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6 Gedanken zu “SmartGrid und die Kommunikation

  1. Die Kommunikation über das Kupfer kann leider nicht eine der wichtigsten Informationen transportieren.
    Es ist nicht möglich, den Umfang zusätzlicher möglicher Erzeugungskapazitäten (und für wie lange sie bestehen würden) über das Stromnetz zu transportieren. Gerade das wäre aber das wichtigste Signal, um schwankendes Dargebot wirklich effektiv nutzen zu können.
    Durch den Drang die Netz-Paramerter in den Grenzwerten zu halten, ist der tatsächliche Zustand „verschleiert“. Man wird wunderbare 50,0 Hz messen können auch wenn die Erzeuger allesamt schon auf 10% möglichen Einspeiseleistung gedrosselt sind.

    Umgekehrt kann man diese Netz-Parameter auch kaum noch vernünftig zum Erhalt der stabilen Stromversorgung verwenden, wenn ganz unterscheidliche Lasten in ganz unterscheidlichen Reaktionsgeschwindigkeiten den Netz-Zustand verändern wollen.
    Es ist nicht hilfreich, wenn Waschmaschinen ihr Programm beginnen, aber erstmal 1 Minute lang das Wasser einlaufen lassen, bevor die Trommel in den Spülgang geht oder der Heizstab das Wasser erwärmt.
    Da man in dem Moment möglicherweise auch schon dran ist Regelleistung anzufordern, muss man auch den Umfang der benötigten Regelleistung abschätzen können, da sollte dann besser nicht ein Schwarm „autonom“ reagierender Systeme mit reinfunken, denn da hat man wieder die sich verstärkenden Effekte, die das System aus dem Tritt bringen.
    Selbst das Zu- oder Abschalten von Übertragungsleistung in den Umspannwerken würde damit schon zum Glücksspiel werden, wenn man die Dynamik im Verteilnetz deutlich erhöht.

    So geht das leider nicht
    Repsektive geht es nur sehr bedingt, beispielsweise mit Akkuspeichersystemen, die sowohl als Verbruacher wie auch als Erzeuger fungieren können und auch noch in Bruchteilen von Sekunden -also deutlich schneller als Primäre Regellesitung im Netz- reagieren können.

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    • An dieser Stelle muss ich leider widersprechen, denn im Internet funktioniert die Kapazitätsplanung genau nach diesem Prinzip. Viele Autonome „Entscheider“ haben auch ihre Muster, die verlässlich aggregiert werden können. Das auch 2014 bei den MOL Abweichungen der Regelenergie „Kommunikationsstörung“ vorhanden ist, zeigt, dass man Datenaustausch so trivial wie nur irgend möglich konzipieren sollte.

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      • Naja, der Vergleich mit Datennetzen hinkt gewaltig, denn da hat das Datenprotokoll selbst schon einen integrierten Lastabwurf.
        Egal wo Engpässe auftreten, es werden einzlne Datenpakete verworfen und es wird dadurch *bei beiden Kommunikationspartnern* (die beliebig entfernt sein können) Datenverkehr reduziert. Mit anderen Worten, hier wird auf der Verbindung geziehlt Last im gewünschten Umfang abgeworfen und damit auch am Server, wohingegen ein Client schlichtweg nicht mehr versorgt wird.

        Vergleiche Datennetze niemals mit einem Stromnetze, das sind absolut verschiedene Dinge, verhalten sich sehr unterscheidlich und Analogien in den seltensten Fällen treffen.

        Die Kommunikation in den Datennetzen basiert immer auf Punkt zu Punkt Verbindungen (mit Ausnahme von Multicast, Point-2-Multipoint-Verbindungen, was aber auch keinen Unterschied macht.)
        Erkläre wie Du das irgendwie in Einklang mit einem linearen Netz das den Kirchhoffschen Regeln genügt einhergehen könnte?

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  2. Der Ausbau, die „Pflege“, Modernisierung – gleichgültig welcher Bereich – was sich nicht „rechnet“ wird auch nicht realisiert. Die „drohenden Kosten“ werden nun der „Energiewende“ untergeschoben. Man hört viel vom sog. „Blackout“. Der ebenfalls durch die „Energiewende“ über uns kommen wird. Damit wird schon mal mit Argumenten „vorgesorgt“, wenn denn ein flächendeckender Blackout eintritt.

    Was auch ohne geniale Hacker möglich ist. Wenn alles mit allem verbunden ist, wird auch alles betroffen. Es gibt zwischen den „Maschen im Netz“ keinen „Firewall“. Nicht das es dafür keine Lösungen gäbe. Weil das für mich eher ein Bereich ist, wo mir tiefer gehendes Wissen fehlt, wenigstens ein PDF HGÜ eine „Firewall“ gegen Störungen in Hochspannungsnetzen.

    Dort wird George C. Loehr wie folgt zitiert : Seit 1999 setzt sich der Stromnetzexperte George C. Loehr für die Aufspaltung der zwei riesigen nordamerikanischen Stromnetze in viele kleinere Netze ein. Diese Mini-Netze könnten durch HGÜ-Leitungen statt wie bisher durch Drehstrom-Kuppelleitungen verbunden werden. «Mit Drehstrom wirkt sich das, was an einer Stelle passiert, im gesamten Netz aus. Eine größere Störung in Ontario ist selbst noch in Oklahoma, Florida und Maine zu spüren. Mit Gleichstrom passiert dies nicht es isoliert die kleinen Netze voneinander und ermöglicht dennoch den Energieaustausch», so Loehr. / ZITAT

    George C. Loehr hat einiges (in englisch) zum Thema geschrieben. Darunter die „Blackout The novel“. Weitere Links unter „Rainer“.

    Ein Titel so „zu Einstimmung“ “ . . . And There Will Be Blackouts”…. In the real world — and even in the sometimes not-so-real-world of electric power deregulation — the Laws of Physics are equally immutable. They cannot be changed by economic theory, legislative action, or regulatory mandate. While the Laws of Physics make it possible for us to enjoy the fruits of electric power, they also set the rules by which we may do so. Indeed.

    Wie recht er doch hat :roll:

    Um dem Ganzen noch die „Krone“ aufzusetzen, wird „lustig“ alles mit allem auch noch „informatorisch“ vernetzt. Wie angreifbar das ist bzw. sein wird, kann an all den kleinen und größeren Skandalen der letzten Jahre abgelesen werden. Wenn sich „Maschinen unterhalten“, einfach mal die falschen Antworten „einstreuen“. Wenn selbst das Militär nicht gegen „Einwirkungen von außen“ gefeit ist, wie dann erst ein ziviler Mischmasch, wo der billigste Bieter den Zuschlag bekommt ?

    Wenn schon einige Anlagen nur noch aus der Ferne überwacht werden können, warum muss das alles untereinander und miteinander direkt vernetzt sein ? Wieweit ist eigentlich die „Elektronische Kampfführung (Kriegsführung)“, englisch „electronic warfare“ oder russisch Радиоэлектронная Борьба (РЭБ) bei den diversen „Streitkräften“ oder bei den „handelsüblichen Terroristen“ ?

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  3. Pingback: Zukunftsfähiges Stromnetz fangen mit zukunftsfähigem Handel an. | blog.stromhaltig

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