Mikronetze, auch bekannt als Mikro-Netzwerke, sind kleine Stromverteilungssysteme, die aus dezentralen Stromquellen, Energiespeichern, Energiewandlern, Verbrauchern, Überwachungs- und Schutzeinrichtungen und weiteren Komponenten bestehen. Sie versorgen Verbraucher mit Strom und dienen primär der Gewährleistung einer zuverlässigen Stromversorgung.
Was ist ein Mikronetz?
Ein Mikro-Netz ist ein autonomes System, das zur Selbststeuerung, zum Selbstschutz und zur Selbstverwaltung fähig ist.Es fungiert als komplettes Stromversorgungssystem und stützt sich auf seine eigene Steuerung und sein eigenes Management, um Leistungsbilanzregelung, Optimierung des Systembetriebs, Fehlererkennung und -schutz sowie Stromqualitätsmanagement zu erreichen.
Zweck und Nutzen
Das Konzept der Mikronetze zielt auf die flexible und effiziente Nutzung dezentraler Energiequellen ab und bewältigt die Herausforderungen der Integration einer Vielzahl unterschiedlicher dezentraler Energiequellen in das Stromnetz. Die Entwicklung und der Ausbau von Mikronetzen fördern die großflächige Integration dezentraler und erneuerbarer Energiequellen und gewährleisten eine zuverlässige Versorgung verschiedenster Verbraucher. Dies stellt einen effektiven Weg für die Transformation traditioneller Stromnetze zu intelligenten Stromnetzen dar.
Wichtige Komponenten eines Mikronetzes
Mikronetze bestehen typischerweise aus dezentralen Energiequellen mit geringer Kapazität und leistungselektronischen Schnittstellen. Dazu gehören Mikrogasturbinen, Brennstoffzellen, Photovoltaikzellen, kleine Windkraftanlagen und Energiespeicher wie Superkondensatoren, Schwungräder und Batterien. Diese Komponenten sind verbraucherseitig angeschlossen und zeichnen sich durch geringe Kosten, niedrige Spannung und minimale Umweltbelastung aus.
Beispielhafte Systemkonfiguration
- **Energiespeicherkonverter**:Ein netzgekoppelter/netzunabhängiger bidirektionaler Energiespeicherwandler mit einer Leistung von 50 kW, der an den 0,4-kV-Wechselstrombus angeschlossen ist und einen bidirektionalen Energiefluss ermöglicht.
- **Lithium-Eisenphosphat-Batterie**:110 kWh
- **EMS & BMS**:Systeme, die das Laden und Entladen des Energiespeichersystems steuern und den Ladezustand der Batterie (SOC) auf Basis übergeordneter Dispatch-Anweisungen überwachen.
Systemmerkmale
1. **Spitzenrasur und Notstromversorgung**:Das System wird in erster Linie zur Spitzenlastabdeckung und als Notstromquelle eingesetzt, um eine Erhöhung der Stromkapazität zu vermeiden und die Stromqualität zu verbessern.
2. **Umfassende Funktionalität**:Das Energiespeichersystem verfügt über umfassende Kommunikations-, Überwachungs-, Management-, Steuerungs-, Frühwarn- und Schutzfunktionen, die einen langfristig sicheren Betrieb gewährleisten.
3. **Fortschrittliche Kommunikations- und Überwachungssysteme**:Das BMS-System kommuniziert über den RS485-Bus mit dem EMS-System und direkt mit dem PCS, wodurch eine umfassende Batterieüberwachung und ein umfassender Batterieschutz erreicht werden.
Operative Strategie
- **Netzinteraktion**:Das Energiespeichersystem kann im netzgekoppelten Modus betrieben werden und regelt Wirk- und Blindleistung über den PQ-Modus oder den Droop-Modus, um den Lade- und Entladebedarf zu decken.
- **Spitzenmanagement**:Bei Spitzenstrompreisen oder hoher Last wird die Energie aus dem Energiespeichersystem an die Verbraucher abgegeben, wodurch Lastspitzen abgebaut und Energie ergänzt werden.
- **Nahtloser Übergang**:Der Energiespeicherwandler kann beim Erkennen einer Netzanomalie vom netzgekoppelten Modus in den Inselbetrieb (netzunabhängiger Betrieb) umschalten.
- **Unabhängiger Betrieb**:Im Inselbetrieb fungiert der Energiespeicherwandler als primäre Spannungsquelle und versorgt die lokalen Verbraucher mit stabiler Spannung und Frequenz.
Energiespeicherwandler (PCS)
- **Fortschrittliche Paralleltechnologie**:Unterstützt den uneingeschränkten Parallelbetrieb mehrerer Maschinen.
- **Integration mehrerer Quellen**:Kann direkt mit Dieselgeneratoren vernetzt werden.
- **Hohe Genauigkeit bei der Leistungsverteilung**:Erreicht im Parallelbetrieb der Spannungsquellen einen Leistungsverteilungsgrad von bis zu 99%.
- **Nahtloser Moduswechsel**:Unterstützt nahtloses Online-Umschalten zwischen netzgekoppeltem und netzunabhängigem Betrieb.
- **Hohe Effizienz**:Optimiertes Hardware- und Software-Design mit einem Wirkungsgrad von bis zu 98,7 %.
- **Lange Lebensdauer**:Konzipiert für eine Lebensdauer von 20 Jahren.
Kommunikationsmethoden
1. **Ethernet-Kommunikation**:Direkte Verbindung zwischen dem RJ45-Anschluss des Energiespeicherwandlers und dem RJ45-Anschluss des übergeordneten Computers zur Überwachung.
2. **RS485-Kommunikation**:Optionales RS485-Kommunikationsschema basierend auf der standardmäßigen Ethernet MODBUS TCP-Kommunikation.
3. **BMS-Kommunikation**:Der Energiespeicherwandler kommuniziert mit der Batteriemanagementeinheit (BMS) zur Zustandsüberwachung und zum Schutz.
BMS-System
Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht Batteriespannung, Stromstärke, Isolationszustand, Ladezustand (SOC) und weitere Parameter. Es gewährleistet die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Batteriebetriebs und bietet Warnmeldungen sowie Notfallschutz bei potenziellen Fehlern.
EMS-System
Das Energiemanagementsystem (EMS) ist das übergeordnete Managementsystem für das Energiespeichersystem und konzentriert sich auf Überwachung, Datenanalyse und Echtzeitplanung. Es gewährleistet eine zuverlässige Stromversorgung und verbessert die Wirtschaftlichkeit des Systems.
Hauptfunktionen:
- **Geräteüberwachung**:Echtzeit-Datenüberwachung und -steuerung der Systemausrüstung.
- **Energiemanagement**:Optimierungs- und Regelungsstrategie für Energiespeicherung und Lastkoordination.
- **Ereignisbenachrichtigungen**:Mehrstufiges Alarmsystem mit einstellbaren Schwellenwerten und Reaktionsmaßnahmen.
- **Berichtsmanagement**:Umfassende Funktionen für Datenstatistik, Analyse und Berichterstellung.
- **Sicherheitsmanagement**:Konfiguration der Systembetriebsberechtigungen zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs.
Sicherheit und Überwachung
- **Umfassende Überwachung**:Mehrkanalige Videoüberwachung zur Erfassung wichtiger Anlagen und Betriebsräume mit Unterstützung der Langzeitspeicherung von Videodaten.
- **Brandmelde- und Heizungs-/Klimaanlagen**:Getrennte Kühl- und Brandschutzmaßnahmen für Geräte- und Batteriefächer unter Verwendung fortschrittlicher Feuerlöschsysteme wie Heptafluorpropan für eine effiziente und sichere Brandbekämpfung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Mikronetze einen bedeutenden Fortschritt für flexible, effiziente und zuverlässige Energieversorgungslösungen darstellen, insbesondere durch die Integration dezentraler und erneuerbarer Energiequellen. Dank fortschrittlicher Technologien und umfassender Managementsysteme ebnen Mikronetze den Weg für die Zukunft intelligenter Stromnetze.
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Veröffentlichungsdatum: 31. Juli 2024
