Gruppenbild des Forschungsteams (v. l.): Dr.-Ing. Patrick Elfert (ZDIN), Frank Schuldt (DLR), Jan Petznik (DLR), Dr.-Ing. Enno Wieben (EWE Netz GmbH), Andre Albers (EWE Netz Gmbh), Dr.-Ing. Anand Narayan (OFFIS), Dr. Michael Brand (OFFIS). (Bildquelle ist das OFFIS - Institut für Informatik)
Netzbetreiber benötigen verlässliche Technologien, um die Flexibilitäten der Kundenanlagen effizient und gesetzeskonform zu steuern. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, diese Technologien zu entwickeln, sondern sie vor ihrem Einsatz zu testen. Dies ist im realen Energienetz nicht möglich, da Tests die Stabilität des Netzes gefährden können. Daher wird in dem Transferprojekt „Verteilte Infrastrukturen für Technologie-Gestützte Innovationen im Verteilnetz“ (VITAL) eine sichere Testumgebung für Netzbetreiber geschaffen.
Die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Informatikinstituts OFFIS verfügen über zwei Energieforschungslabore, die sie im Rahmen des Transferprojektes miteinander koppeln werden. Im „Networked Energy Systems Emulation Centre“ (NESTEC) des DLR wird ein Stromnetz nachgebildet, das Haushalte und Betriebe versorgt. Das „Smart Energy Simulation und Automation“-Labor (SESA) des OFFIS stellt die digitale Steuerungs- und Überwachungsebene dar. Es sorgt also dafür, dass die Abläufe im nachgebauten Netz kontrolliert und geregelt werden.
Ziel ist es, mit der Kopplung der beiden Labore eine Testinfrastruktur aufzubauen, die die Komponenten eines modernen Energiesystems (Stromnetz, Informations- und Kommunikationstechnologien, Kunden, Netzbetreiber) umfasst. Im NESTEC sollen realistische Netzauslastungen nachgebildet und kontinuierlich Daten zum Zustand des Stromnetzes ans SESA-Labor übermittelt werden. Von dort werden Steuerbefehle zur Regulierung des Stromnetzes zurückgeschickt, um die Stabilität zu sichern. Diese Infrastruktur wird dazu dienen, verschiedene Szenarien – auch kritische Netzüberlastungen – abzubilden. Somit können Netzbetreiber ihre digitalen Anwendungen zur Steuerung flexibler Geräte (Netzregler) in einer sicheren Umgebung testen.
„Die Herausforderung besteht darin, eine geeignete Schnittstellenstruktur zwischen NESTEC und dem SESA-Labor zu schaffen, die schnell genug ist, um wichtige Prozesse in Echtzeit zu kommunizieren und Synchronität in der Datenbereitstellung zu gewährleisten. Hierbei wird die frühere Arbeit des Zukunftslabors Energie zur Laborkopplung weiterentwickelt, um NESTEC und des SESA-Labors miteinander zu verbinden und eine hinreichende Präzision in der Laborkopplung zu erreichen“, erklärt Frank Schuldt, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt.
Die Wissenschaftler arbeiten mit dem Netzbetreiber EWE Netz GmbH zusammen, der realistische Anwendungsfälle für die Testinfrastruktur beisteuern wird. Außerdem hat EWE Netz einen Netzregler entwickelt, der im Rahmen der Laborkopplung getestet werden soll. Der Netzregler ist speziell für das Management von Flexibilitäten im Niederspannungsnetz ausgelegt. Geplant ist, das Netz absichtlich zu überlasten, sodass der Netzregler aktiv werden muss. Er soll flexible Verbraucher (zum Beispiel Wärmepumpen oder Ladegeräte für Elektrofahrzeuge) ansteuern und ihren Stromverbrauch reduzieren. Die Forschenden werden in den Laboren prüfen, ob der Eingriff des Netzreglers erfolgreich war und das Stromnetz stabilisiert wurde.
„Die detaillierte Modellierung der Betriebs- und Informationsaustauschkomponenten wird die Testumgebung bereichern, indem sie es ermöglicht, den Einfluss von Datenproblemen wie Latenzzeiten, Datenverlusten und Fehlern zu bewerten. Dies kann genutzt werden, um das Verhalten des Netzreglers umfassend zu analysieren unter Berücksichtigung extremer Netz- sowie Informationsaustausch-Szenarien“, sagt Prof. Dr. Sebastian Lehnhoff, OFFIS – Institut für Informatik.