Die Entwicklung des Smart Grid

Japan steht aufgrund seiner zwei völlig inkompatiblen Stromnetze vor einer einzigartigen Herausforderung bei der Stromversorgung. Das seltsame System ist ein Erbe aus dem 19. Jahrhundert, als lokale Anbieter in Osaka 60-Hz-Generatoren verwendeten, während in Tokio gekaufte deutsche Geräte mit einer Frequenz von 50 Hz arbeiteten.

Hier, Nick Boughton, Vertriebsleiter bei Systemintegrator, Boulting Technology , erklärt, wie der Zeitplan für die Modernisierung des Stromnetzes, einschließlich der Konvergenz unterschiedlicher Systeme, zur Entwicklung des intelligenten Stromnetzes geführt hat.

Bis zum frühen 20 Jahrhundert wuchsen die lokalen Netze weltweit, angetrieben von den Anforderungen der industriellen Revolution. In den 1960er Jahren sehr groß, ausgereift und stark vernetzt, konnten die Stromnetze verbraucherbezogen gemessen werden, was eine angemessene Abrechnung nach dem unterschiedlichen Verbrauch verschiedener Verbraucher ermöglichte. Aufgrund der begrenzten Datenerhebungs- und Verarbeitungskapazität waren jedoch Festtarifvereinbarungen üblich.

Neben den nicht idealen Abrechnungsmöglichkeiten führte die wachsende Nachfrage nach Strom dazu, dass das Angebot insbesondere in Spitzenzeiten die Nachfrage teilweise überstieg und die Stromqualität beeinträchtigt wurde. Zwischen den 1970er und 1990er Jahren waren in vielen Industrieländern Ereignisse wie Stromausfälle, Stromausfälle und Brownouts, bei denen die Spannung minuten- oder stundenlang ausfällt, keine Seltenheit.

Jahrtausend

In jüngerer Zeit, seit der Jahrhundertwende, ist die Technologie so weit fortgeschritten, dass viele dieser Einschränkungen überwunden sind. Stromspitzenpreise müssen nicht mehr gemittelt und gleichermaßen an Haushalts- und Gewerbekunden weitergegeben werden.

Es sind jedoch auch neue Herausforderungen erkennbar, darunter die Instabilität der erneuerbaren Energien. Besorgnis über Umweltschäden durch fossil befeuerte Kraftwerke und eine Zurückhaltung bei der Nutzung von Atomkraft haben dazu geführt, dass erneuerbare Energietechnologien in großem Umfang eingesetzt werden.

Laut dem globalen Statusbericht von REN21,  19,3 % des weltweiten Endenergieverbrauchs wurden durch erneuerbare Energien gedeckt, wobei moderne erneuerbare Energien ihren Anteil auf ca. 10,2 % steigern konnten. Die Kapazitäten für erneuerbare Energien wuchsen durch den Einsatz von Photovoltaik-Solarzellen, während die Wasserkraft weiterhin den Großteil der Erzeugung ausmachte.

Erneuerbare Energien sind der Schlüssel zur Bekämpfung des Klimawandels, aber sie produzieren stark schwankende Energie, was zu geringeren Energiemargen und möglicherweise sogar zu Stromausfällen an bewölkten, stillen Tagen führen könnte. Diese Risiken, kombiniert mit der Notwendigkeit eines stark verteilten Netzes mit durchgängig erzeugtem und verbrauchtem Strom, haben zur Entwicklung intelligenter Netze geführt.

Investition

Der erste Schritt bei einem Smart-Grid-Upgrade besteht darin, die Infrastruktur zu verbessern, um das zu produzieren, was China als Strong Grid bezeichnet hat. Als nächstes wird die digitale Schicht hinzugefügt, die das Netz intelligent macht, gefolgt von der Transformation der Geschäftsprozesse, die erforderlich ist, um die Investition zu nutzen. Heutzutage wird ein Großteil dieser Arbeit als Smart-Grid-Upgrades zusammengefasst.

Das Smart Grid ist das Endziel, um die gesamte Palette der für Stromnetze verfügbaren Funktionen zu nutzen. Dazu gehören die Zustandsschätzungstechnologie, die die Fehlererkennung verbessert und eine Selbstheilung ermöglicht, sowie mehrere Strompfade, die die Zuverlässigkeit, Belastbarkeit und Flexibilität verbessern.

Moderne Smart Grids können auch zweigerichtete Energieflüsse handhaben, was das Ziel der dezentralen Erzeugung weiter vorantreibt. Dies wird erreicht, indem Strom aus Photovoltaikzellen, Brennstoffzellen und Ladung aus den Batterien von Elektroautos umgekehrt fließen kann. Der Durchfluss in zwei Richtungen erhöht die Sicherheit und reduziert auf intelligente Weise Zuverlässigkeitsprobleme.

Algorithmen können Daten verwenden, die an das System zurückgesendet werden, um vorherzusagen, wie viele Standby-Generatoren benötigt werden, um die schnelle Zunahme der Netzlast zu bewältigen. Dies fördert die Lastreduzierung, die Stabilitätsprobleme beseitigen kann.

Smart Grids sind für die meisten Länder eine natürliche Weiterentwicklung des Stromnetzes und eine naheliegende Wahl für Entwicklungsländer, die in Strominfrastruktur investieren oder Städte zu intelligenten Städten aufrüsten. Die Vorteile haben zu einer stabileren Stromqualität für Gewerbeimmobilien, Hersteller und andere Branchen geführt.

Smart Grids beseitigen oder berücksichtigen effektiv viele Probleme mit der Stromqualität und -zuverlässigkeit. Abgesehen von den vielen Vorteilen eines Smart-Grid-Upgrades können Japans separate Netze möglicherweise mehr Arbeit erfordern, bevor sie kompatibel werden.

Der Autor dieses Blogs ist Nick Boughton, Vertriebsleiter bei Systemintegrator Boulting Technology