Erneuerbare Energien nahtlos ins Stromnetz integrieren

Integration Erneuerbarer Energien in das Netzsystem

Energietypen, die unendlich verfügbar sind und nie vollständig zur Neige gehen, nennt man erneuerbare Energien. Zu den natürlich verfügbaren, sich nicht erschöpfenden Quellen zählen: Wind, Kohle, Biomasse, Propan, Uran, Wasser, Sonne. (Anm.: Kohle und Uran sind streng genommen nicht erneuerbar – hier liegt ein Fehler im Originaltext vor. Korrekt wären: Wind, Solar, Wasser, Biomasse, Geothermie.)

Historisch betrachtet trat das Konzept der Stromerzeugung aus diesen Quellen in die Industrie ein und wurde mit der Zeit ordnungsgemäß umgesetzt. Laut einer Erhebung von 2009 lag der Anteil an der Gesamtstromproduktion bei 19 %, laut aktuellerer Erhebung 2013 in den USA bei ca. 49 %. In europäischen Ländern wird die Einbindung dieser Ressourcen in konventionelle Verteilnetze gefördert.

Kernidee: Diese Quellen können die tatsächliche elektrische Last teilen und auch in kleine Stromsysteme ohne Netzanschluss eingebunden werden.

Weitere Informationen:

Was genau ist ein Smart Grid? Smart Grid Anwendungen

Netzsysteme ermöglichen die Stromverteilung überall – vom Haushaltsbedarf bis zum gewerblichen Bedarf jeder Größenordnung.

Diese Ressourcen sind die beste Alternative, um alle elektrischen Lastbedarfe zu decken. Fast jeder Teil der Welt verfügt über fast alle Formen erneuerbarer Energie, weshalb die Zusammenführung der Erzeugung erneuerbarer Energien mit unserem Hauptverteilnetz die naheliegendste Lösung ist.

Diese Quellen können fast 70 % der Last übernehmen, solange Wasser fließt, Wind weht und die Sonne scheint. Falls diese Quellen vorübergehend nicht verfügbar sind, kann das Netzsystem die Last kurzfristig übernehmen.

Die Frage ist: Wie bindet man diese Quellen in unsere Netze ein? Die Hauptanforderung ist die Bilanzierung des Gesamtsystems, die vollständig von unseren Bedürfnissen abhängt. Etwa die Hälfte der Gesamtkosten des installierten Systems wird für diese Bilanzierung aufgewendet – abhängig von Last und Anwendungsanforderungen. Die grundlegend benötigten Ausrüstungen sind:

• Messtechnik / Bauteile
• Anforderungen für Netzanschlüsse
• Aufstellort, Community und weitere spezifische Anforderungen

Bilanzierung des Gesamtsystems erfordert

1. Leistungskonditionierungs-Messtechnik
2. Sicherheitsanforderungen
3. Smart Meter für effiziente Leistung

Sobald entschieden ist, dass diese Quellen an das konventionelle Netz angeschlossen werden, ist die einfachste Form die direkte Einspeisung des erzeugten Stroms in die Last. Wenn Speicherung erforderlich ist, ändert sich die Situation.

Für Speicherung werden Batterien samt Laderegler benötigt. Ein Standardschaltbild für Speicherung sieht so aus:

Batterien dienen als Backup und sind ein effektives Speichermittel bei Anschluss an Wind- oder Photovoltaikanlagen. Bleibatterien (Bleisäure) sind Tiefzyklusbatterien und halten bei ordnungsgemäßer Wartung ca. 9–10 Jahre.

Die Stromregelung zur Batterie wird vollständig vom Laderegler übernommen. Hält der Regler die Batterie vollgeladen und verhindert Überladung? Zudem überwacht er, wenn die Lastseite zusätzlichen Strom entnimmt, und verhindert Überladung durch Shunt-Einsatz.

Dann ist die Leistungskonditionierung der wichtigste Aspekt. Die Energie dieser Quellen liegt meist als Gleichstrom vor – die Umwandlung von DC in AC ist für AC-Übertragung und -Verteilung im System zwingend erforderlich.

1. Frequenzanpassung
2. Spannungsanpassung
3. Phasenanpassung
4. Anpassung konstanter Leistung an schwankende Erzeugung

Wechselrichter übernehmen diese Leistungskonditionierung. Die Kostenkalkulation für Wechselrichter umfasst:

1. Anwendungsbereich und -ebene
2. Stromqualität
3. Eingangsspannung
4. Benötigte AC-Spannung
5. Leistungsanforderungen
6. Weitere Wechselrichter-Features wie Messgeräte und Anzeigeleuchten

Sicherheitsausrüstung

Sicherheit ist der wichtigste Faktor bei der Elektrizitätsverarbeitung. Sicherheitssysteme schützen die gesamte Anlage vor Schäden durch plötzliche Blitzeinschläge, Leistungsspitzen, Leckströme oder fehlerhafte Ströme.

Dies waren die Schritte, die uns zur Einbindung erneuerbarer Energiequellen in unsere Smart Grids führen. Durch den Einsatz dieser Systeme kann der Großteil der Last geteilt und unser Bedarf gedeckt werden.

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