Cloud­anbindung: Turbo für die dezentrale Energie­erzeugung

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Wenn es um die Beschleunigung der Energiewende geht, dreht sich die öffentliche Debatte meist um planungsrechtliche Vereinfachungen – zum Beispiel, um Windräder schneller errichten zu können. Seltener im Fokus, doch nicht weniger bedeutsam für den großflächigen Einsatz regenerativer Energieformen sind cloudbasierte Lösungen zum standardkonformen Netzanschluss dezentraler Erzeugersysteme. Denn erst dadurch wird eine zentralisierte Onlineüberwachung und -steuerung weiträumig verteilter Schaltungskomponenten möglich. Die notwendige Spannungs- und Frequenzstabilität im fossilfreien Stromnetz der Zukunft lässt sich folglich nur per Cloudanbindung auf kostengünstige Art und Weise garantieren.

Laut einer Erhebung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE lag der Anteil erneuerbarer Energien an der bundesweiten Nettostromerzeugung im Jahr 2023 bei 59,7 Prozent. Dies markiert einen Rekordwert und zeigt einen signifikanten Zuwachs im Vergleich zum Vorjahr. Der Anstieg ist insbesondere auf die erhöhte Produktion aus Wind- und Solarenergie zurückzuführen. Dabei war die Windkraft in 2023 die wichtigste Stromquelle, auf sie entfielen mit 139,8 Terawattstunden (TWh) ca. 32 Prozent zur öffentlichen Stromerzeugung. Photovoltaik-Anlagen haben im Jahr 2023 ca. 59,9 TWh erzeugt, wovon 53,5 TWh ins öffentliche Netz eingespeist und 6,4 TWh im Eigenverbrauch genutzt wurden.

Technische Standards für verlässliche Stromqualität im Netz

Diese Daten verdeutlichen die zunehmende Bedeutung erneuerbarer Energien in der deutschen Stromerzeugung und die Fortschritte, die in den letzten Jahren erzielt wurden. Weitere Details und umfangreiche Daten finden Sie auf der Energy-Charts Plattform des Fraunhofer ISE (IDW Online) (Fraunhofer ISE).Viel wird derzeit über verschiedene Möglichkeiten zur schnelleren Umsetzung der Energiewende diskutiert. Die Vorschläge reichen von verkürzten Planungszyklen für Windräder bis hin zu einer Solardachpflicht für Neubauten. Was dabei oftmals untergeht: Auch die Digitalisierung an der Peripherie der Versorgungsinfrastruktur – speziell an den dezentralen Einspeisepunkten – ist ein entscheidender Erfolgsfaktor für den Breiteneinsatz erneuerbarer Energiequellen.

Die rechtlichen Grundlagen für eine normierte Stromeinspeisung hat der Gesetzgeber bereits 2018 gelegt, vor allem mit der Überarbeitung der sogenannten „Anwendungsregel für Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“ (VDE-AR-N 4105:2018-11) sowie mit der Novellierung der früheren BDEW-Richtlinie für Mittelspannungsanlagen (VDE-AR-N 4110:2018-11). Zusammen mit weiteren technischen Festlegungen hat Deutschland damit den europäischen Standardansatz „Requirements for Generators“ (RfG) in nationales Recht überführt.

Das multifunktionale Überwachungsrelais CM-UFD.M31M mit Modbus RTU kommt zwischen dem erneuerbaren Energiesystem und dem öffentlichen Stromnetz zum Einsatz. Es garantiert Netzstabilität und verhindert Stromausfälle.

Das wesentliche Ziel der RfG besteht darin, die Stromqualität insbesondere hinsichtlich der Spannungs- und Frequenzstabilität auch bei stark steigenden Zahlen an dezentralen Einspeisepunkten europaweit sicherzustellen. Betreiber von Windkraft- und Solaranlagen benötigen daher zunächst einmal eine robuste RfG-konforme Schalttechnik – etwa das Überwachungsrelais CM-UFD.M31M von ABB: In Kombination mit einem passenden Kuppel- sowie Leistungsschalter wie dem ABB Tmax XT erfüllen Betreiber dann die gesetzlichen Anforderungen zum Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) sowohl im Niederspannungs- als auch im Mittelspannungsbereich mit einer einheitlichen Technologieplattform.

Schalttechnik mit eingebautem Digitalisierungspfad

Durch eine Einbindung von Relais und Leistungsschaltern in den ABB AbilityTM Energy Manager – eine übergeordnete Cloudlösung – stehen relevante Betriebsinformationen an zentraler Stelle für Auswertungen zur Verfügung und ein Monitoring sämtlicher Schaltelemente wird ermöglicht.

Darüber hinaus aber zeichnet sich die Schalttechnologie von ABB durch ihre vielseitige Konnektivität aus, die eine digitale Vernetzung zum Beispiel über die Kommunikationsschnittstelle Modbus RTU erleichtert: Relais und Leistungsschalter lassen sich damit problemlos in eine übergeordnete Cloudlösung einbinden. Relevante Betriebsinformationen wie Daten aus der relaisintegrierten Frequenzgradienten-Überwachung, gespeicherte Abschaltursachen sowie Einspeiseleistungszahlen stehen somit an zentraler Stelle für unterschiedliche Auswertungen zur Verfügung. Überdies ermöglicht eine zentrale Cloudanwendung wie der ABB AbilityTM Energy Manager ein durchgängiges Monitoring sämtlicher Schaltelemente.

Dies allein schon führt zu signifikanten Einsparungen im laufenden Betrieb. Denn der Zustand sämtlicher Schaltanlagen dezentraler Energieerzeuger ist dank Cloudanbindung auch ohne zeit- und kostenintensive Vor-Ort-Inspektionen jederzeit bekannt. Außerdem schafft die Onlineverfügbarkeit hochaktueller Status- und Betriebsinformationen die Voraussetzung für vorausschauende Wartungskonzepte: Instandhaltungs- und Optimierungsmaßnahmen richten sich dann nicht mehr nach einem vorab festgelegten Wartungsturnus, sondern nach der tatsächlichen Beanspruchung und dem konkreten Verhalten der betreffenden Schaltkomponente. Sinkende Maintenance-Kosten gehen mit höherer Betriebssicherheit einher – was sich wiederum positiv auf die Stromqualität der dezentralen Netzeinspeisung auswirkt. Zugleich verlängert ein smartes Wartungskonzept ebenso die Lebensdauer hochwertiger Schaltelemente und reduziert somit auf lange Sicht den diesbezüglichen Investitionsbedarf.

Nicht zuletzt ermöglicht die Echtzeitaggregation von dezentralen Einspeiseinformationen via Cloudanbindung den Einsatz von Künstlicher Intelligenz – etwa, um aus dem komplexen Zusammenspiel unterschiedlicher Einflussfaktoren per Mustererkennung bevorstehende Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch zu antizipieren. Entsprechend frühzeitig können Netzbetreiber beispielsweise durch die Zuschaltung von Speicherkapazitäten reagieren.

Fazit

Bei der technischen Umsetzung der gesetzlichen Vorgaben im Umfeld des RfG-Regelwerks sollten Betreiber von Windkraft- und Solaranlagen die Chance zur Cloudintegration ihrer Schalttechnik keinesfalls verpassen. Gesamtgesellschaftlich leistet diese Technologie einen unverzichtbaren Beitrag zur höheren Wirtschaftlichkeit regenerativer Energien. Sie stärkt damit den Klimaschutz ebenso wie die Energiesouveränität Deutschlands in einer geopolitisch grundlegend veränderten Welt.