Mikronetze, auch Mikronetzwerke genannt, sind kleine Stromverteilungssysteme, die aus verteilten Stromquellen, Energiespeichergeräten, Energieumwandlungsgeräten, Lasten, Überwachungs- und Schutzgeräten und mehr bestehen. Sie versorgen Verbraucher mit Strom und zielen in erster Linie auf die Zuverlässigkeit der Stromversorgung ab.
Was ist ein Mikronetz?
Ein Micro-Grid ist ein autonomes System, das zur Selbstkontrolle, zum Schutz und zur Verwaltung fähig ist.Es fungiert als komplettes Energiesystem und stützt sich auf seine eigene Steuerung und Verwaltung, um die Kontrolle des Leistungsgleichgewichts, die Optimierung des Systembetriebs, die Fehlererkennung und den Fehlerschutz sowie das Energiequalitätsmanagement zu erreichen.
Zweck und Vorteile
Das Konzept der Mikronetze zielt darauf ab, eine flexible und effiziente Anwendung dezentraler Stromquellen zu erreichen und sich den Herausforderungen zu stellen, die sich aus der Integration einer großen Anzahl unterschiedlicher dezentraler Stromquellen in das Netz ergeben. Durch die Entwicklung und den Ausbau von Mikronetzen kann die umfassende Integration verteilter und erneuerbarer Energiequellen umfassend gefördert und eine zuverlässige Versorgung verschiedener Lastformen sichergestellt werden. Dies dient als effektive Möglichkeit, traditionelle Stromnetze auf intelligente Netze umzustellen.
Schlüsselkomponenten eines Mikronetzes
Mikronetze bestehen typischerweise aus dezentralen Stromquellen kleiner Kapazität und leistungselektronischen Schnittstellen. Dazu gehören Mikrogasturbinen, Brennstoffzellen, Photovoltaikzellen, kleine Windturbinen und Energiespeichergeräte wie Superkondensatoren, Schwungräder und Batterien. Diese Komponenten werden auf der Benutzerseite angeschlossen und zeichnen sich durch niedrige Kosten, niedrige Spannung und minimale Umweltverschmutzung aus.
Beispielsystem-Setup
- **Energiespeicherkonverter**:Ein netzgekoppelter/netzunabhängiger bidirektionaler Energiespeicherkonverter mit 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 Batterie-SOC-Informationen basierend auf Versandanweisungen auf höherer Ebene überwachen.
Systemfunktionen
1. **Spitzenausgleich und Notstromversorgung**:Das System wird hauptsächlich zum Spitzenausgleich 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-, Verwaltungs-, Steuerungs-, Frühwarn- und Schutzfunktionen und gewährleistet so einen langfristig sicheren Betrieb.
3. **Erweiterte Kommunikation und Überwachung**:Das BMS-System kommuniziert über den RS485-Bus mit dem EMS-System und direkt mit dem PCS und ermöglicht so eine umfassende Batterieüberwachung und -schutz.
Operative Strategie
- **Gitterinteraktion**:Das Energiespeichersystem kann im netzgekoppelten Modus betrieben werden und die Wirk- und Blindleistung im PQ-Modus oder im Droop-Modus regeln, um den Lade- und Entladebedarf zu decken.
- **Peak-Management**:Bei Spitzenstrompreisen oder Hochlastzeiten entlädt sich das Energiespeichersystem auf die Last und sorgt so für Spitzenausgleich und Energieergänzung.
- **Nahtloser Übergang**:Der Energiespeicherkonverter kann beim Erkennen einer Netzanomalie vom netzgekoppelten Modus in den Inselmodus (netzunabhängiger Modus) wechseln.
- **Unabhängiger Betrieb**:Im netzunabhängigen Modus fungiert der Energiespeicherkonverter als primäre Spannungsquelle und sorgt für eine stabile Spannung und Frequenz für lokale Lasten.
Energiespeicherkonverter (PCS)
- **Erweiterte Paralleltechnologie**:Unterstützt den uneingeschränkten Parallelbetrieb mehrerer Maschinen.
- **Multi-Source-Integration**:Kann direkt mit Dieselgeneratoren vernetzt werden.
- **Hohe Power-Sharing-Genauigkeit**:Erreicht im Spannungsquellen-Parallelmodus einen Leistungsverteilungsgrad von bis zu 99 %.
- **Nahtlose Modusumschaltung**:Unterstützt den nahtlosen Online-Wechsel zwischen netzgekoppelten und netzunabhängigen Modi.
- **Hohe Effizienz**:Optimiertes Hardware- und Softwaredesign mit einer Umwandlungseffizienz von bis zu 98,7 %.
- **Lange Lebensdauer**:Ausgelegt für eine Lebensdauer von 20 Jahren.
Kommunikationsmethoden
1. **Ethernet-Kommunikation**:Direkte Verbindung zwischen dem RJ45-Port des Energiespeicherkonverters und dem RJ45-Port des Oberrechners zur Überwachung.
2. **RS485-Kommunikation**:Optionales RS485-Kommunikationsschema basierend auf der Standard-Ethernet-MODBUS-TCP-Kommunikation.
3. **BMS-Kommunikation**:Zur Zustandsüberwachung und zum Schutz kommuniziert der Energiespeicherkonverter mit der Batteriemanagementeinheit BMS.
BMS-System
Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht Batteriespannung, Strom, Isolationsstatus, Ladezustand und mehr. Es gewährleistet die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Batteriebetriebs und bietet Warnungen und Notfallschutz bei potenziellen Fehlern.
EMS-System
Das Energiemanagementsystem (EMS) ist das oberste Managementsystem für das Energiespeichersystem und konzentriert sich auf Überwachung, Datenanalyse und Echtzeitplanung. Es sorgt für eine zuverlässige Stromversorgung und erhöht die Wirtschaftlichkeit des Systems.
Schlüsselfunktionen:
- **Geräteüberwachung**:Echtzeit-Datenüberwachung und Steuerung der Systemausrüstung.
- **Energiemanagement**:Optimierungssteuerungsstrategie für Energiespeicherung und Lastkoordination.
- **Ereigniswarnungen**:Mehrstufiges Alarmsystem mit einstellbaren Schwellenwerten und Reaktionsmaßnahmen.
- **Berichtsverwaltung**:Umfassende Datenstatistik-, Analyse- und Berichtsfunktionen.
- **Sicherheitsmanagement**:Konfiguration der Systembetriebsberechtigung zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs.
Sicherheit und Überwachung
- **Umfassende Überwachung**:Mehrkanalige Videosicherheitsüberwachung, die wichtige Geräte und Betriebsräume abdeckt und die langfristige Speicherung von Videodaten unterstützt.
- **Feuer- und HVAC-Systeme**:Getrennte Kühl- und Brandschutzmaßnahmen für Geräte und Batterieräume unter Verwendung fortschrittlicher Brandbekämpfungssysteme wie Heptafluorpropan für ein effizientes und sicheres Brandmanagement.
Zusammenfassend stellen Mikronetze einen bedeutenden Fortschritt bei der Erzielung flexibler, effizienter und zuverlässiger Energieversorgungslösungen dar, insbesondere durch die Integration dezentraler und erneuerbarer Energiequellen. Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien und umfassender Managementsysteme ebnen Mikronetze den Weg für die Zukunft intelligenter Netze.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. Juli 2024
