Smart Country

Smart Country ist ein Begriff, der von der RWE AG benutzt wird und die Umsetzung einer Reihe von Ergebnissen bezeichnet, die aus einem Projekt im Rahmen des „Förderkonzepts Netze für die Energieversorgung der Zukunft“ gewonnen wurden. Das „Förderkonzept Netze für die Energieversorgung der Zukunft“ wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im Jahr 2010 veröffentlicht. Unter der Führung der RWE Deutschland AG wurde im selben Jahr ein Verbundprojekt initiiert, das in die Förderung aufgenommen wurde. Die RWE Deutschland AG kooperierte im Rahmen des Projektes, das kurz als „Zukunftsnetze“ bezeichnet wird, mit ABB Mannheim, der TU Dortmund und der Consentec GmbH, Dortmund.

Hintergrund

Die ursprüngliche Auslegung der Mittelspannungsnetze (10–20 kV) der Versorgungsunternehmen in der Bundesrepublik Deutschland war für den Transport von elektrischer Energie von zentral gelegenen Kraftwerken zu den Abnehmern gedacht.

Ein Mast einer 20-kV-Freileitung mit Abzweig (Erdkabel, in der kleinen Kompaktstation neben dem Mast verschaltet) in der Eifel. Der Abzweig dient zum Anschluss eines elektronischen Spannungsreglers (Automatic Voltage Regulator, AVR) im Rahmen des Projektes Smart Country.

Die dezentrale Erzeugung, vor allem durch Windkraft, Biogas und Photovoltaik, war nicht vorgesehen. Gerade in ländlichen Gebieten überwiegt mittlerweile zeitweilig aber die Einspeisung aus diesen erneuerbaren Energien (EE). Dadurch kann die Qualität der Stromversorgung beim Kunden in Hinsicht auf Spannungsstabilität, Frequenz und auch Unterbrechungen der Stromversorgung beeinträchtigt werden (zur Qualität der Stromversorgung siehe EN 50160). Die Netzbetreiber müssen Maßnahmen ergreifen, um die Stromnetze für die erweiterte Aufgabe, hohe Einspeisung der EE, zu ertüchtigen. Das Förderkonzept des BMWi adressierte diesen Themenkomplex.

Im Rahmen des Projektes der RWE Deutschland AG wurden mehrere Ansätze untersucht, den Betrieb des Verteilnetzes zu verbessern und die Kosten für den notwendigen Ausbau zu begrenzen. Konkret wurden die folgenden Maßnahmen untersucht und exemplarisch umgesetzt. Die Erprobung im Feld erfolgte in Üttfeld im Eifelkreis Bitburg-Prüm sowie im Emsland.

Biogasspeicher

• Gasspeicher in einer Biogasanlage in Üttfeld in der Eifel
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  Gasdach auf dem Gärrestebehälter. Das Gasdach erfüllt zwei Funktionen: es verhindert den Austritt von Methan aus den Gärresten in die Atmosphäre und es dient als Speicher für Biogas.

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  Blick auf einen Gasmotor mit angeflanschtem Generator. Diese Maschine wird im Projekt „Smart Country“ eingesetzt.

Im Rahmen des Projektes Zukunftsnetze wurde eine bestehende Biogas-Anlage aufgerüstet, so dass sie als Speichersystem betrieben werden kann. Ursprünglich lief die Anlage im Dauerbetrieb mit einer Leistung von ca. 300 kW. Durch den Aufbau eines Biogasspeichers und gleichzeitige Erhöhung der Stromerzeugungskapazität auf 600 kW konnte erreicht werden, dass die, unverminderte, Biogasproduktion in kürzeren Perioden verstromt werden kann. Hierzu wurde eine neue Kombination Gasmotor-Generator installiert und ein alter Gasmotor stillgelegt. Der Gasspeicher, als Ballonspeicher, wurde über dem Gärrestelager errichtet, so dass kein zuätzlicher Platzbedarf entstand. Durch die Abdeckung des Gärrestelagers konnte zudem ein Entweichen von Methan aus dem Lager in die Atmosphäre verhindert werden. Gleichzeitig wurde die Gasausbeute erhöht. In Zeiten hohen Windaufkommens oder hoher Sonneneinstrahlung kann die Produktion von elektrischer Energie aus der Verstromung des Biogases unterbrochen werden und das Gas gespeichert werden. Sinkt die Produktion aus Wind und Sonne, so kann das Biogas nun mit höherer Leistung verstromt werden. Diesen Effekt bezeichnet die RWE Deutschland AG als „virtuellen Stromspeicher“, bedeutet aber nichts anderes als die flexible Fahrweise der Biogasanlage, so wie es ähnlich auch schon viele andere Kraftwerke tun.

Weitbereichsregelung

In vielen Ortsnetzstationen in ländlichen Gebieten kommen regelbare Ortnetztransformatoren zum Einsatz. Die Regelung des Transformators zielt dabei auf eine Konstanthaltung der Spannung auf der Abgangs-Sammelschiene. Diese Form der Regelung funktioniert aus Sicht eines Verbrauchers umso besser, je näher der Verbraucher an der Station liegt, da dann keine großen Spannungsabfälle zu erwarten sind. Liegt der Verbraucher jedoch weit von der Station entfernt, so kann durch die Länge der Leitung und andere Verbraucher an der Strecke ein höherer Spannungsabfall entstehen. Diesen Umstand erkennt eine Messung in der Station nicht. Erst eine Messung nah am Ende der Versorgungsleitung kann dies zuverlässig feststellen. Diese Messwerte können in geeigneter Form in die Station übertragen werden und die Auswahl der Stufe des regelbaren Transformators so beeinflussen, dass ein Kompromiss zwischen höherer Spannung nahe an der Station zu nicht zu geringer Spannung am Ende der Versorgungsleitung gefunden wird.

MS-Spannungsregler

Automatic Voltage Regulator (AVR) – Elektronische Spannungsregler für 20 kV, hergestellt von ABB, eingesetzt im Projekt „Smart Country“.

Die Zeichnung zeigt die Darstellung eines elektronischen Spannungsreglers für den Einsatz in Verteilnetzen in NEPLAN

Der Container beherbergt mehrere Spannungsregler (Automatic Voltage Regulators) zur Stabilisierung der Mittelspannung (20 kV) in der Nähe von Üttfeld in der Eifel. Er ist Teil des "Smart Country" Projekts.

Als Betriebsmittel im Verteilnetz sind aktive Spannungsregler (Englisch: Active Voltage Regulators, AVR) in der Bundesrepublik Deutschland kaum verbreitet. Im Rahmen des Projektes Zukunftsnetze wurden erstmals aktive Spannungsregler an einer 10 km langen 20-kV-Freileitung in der Mittelspannung eingesetzt. Ein AVR besteht aus zwei Wechselrichtern, die über einen Gleichspannungs-Stromkreis verbunden sind (siehe Schaltbild). In Abhängigkeit vom Lastzustand regeln diese AVR Spannungsschwankungen lastseitig aus.

NS-Spannungsregler

Die Spannungsregler auf der Niederspannungsebene (400 V) erfüllen dieselbe Funktion wie die Regler auf der Mittelspannungsebene, allerdings kommen sie in der Ortsnetzstation zum Einsatz und regeln Spannungsschwankungen auf der Sammelschiene der Station aus.

Pausenschalter

Ein Pausenschalter ist eine Einrichtung, die an Mittelspannungs-Freileitungen eingesetzt werden kann um Leitungsnetze so zu strukturieren, dass die Folgen von Kurzschlüssen auf möglichst kleine Gebiete begrenzt werden. Ihr Vorteil liegt, verglichen mit normalen Leitungsschutzschaltern, in dem geringeren Investitionsbedarf. Im Rahmen des Projektes Smart Country wurde der Effekt des Einsatzes von Pausenschaltern in einer ländlichen Versorgungssituation untersucht.

Leistungsstarke Kabelstrecke

Im Rahmen des Projektes wurde parallel zu einer bestehenden Freileitung ein Erdkabel auf einer Strecke von 8,5 km verlegt. Dieser Ausbau der Übertragungskapazität wurde in einem Bereich in der Nähe der Gemeinde Arzfeld vorgenommen, in dem eine Reihe von leistungsstarken Windkraftanlagen direkt in das Mittelspannungsnetz einspeisen.

Informations- und Kommunikationstechnik

Im Rahmen des Projektes wurde darauf Wert gelegt, die erfassten Messwerte und Meldungen auf geeigneten Wegen in die Umspannanlagen zu übertragen, um den informationstechnischen Zugewinn im Rahmen der Netzsetuerung nutzen zu können. Dies ist ein Aspekt, der die Klassifikation von Smart Country als Smart Grid begründet.

Quellen

• Internetseite des Projektes Zukunftsnetze.
• Internetseite der RWE AG zu Smart Country.
• Bericht der Lokalzeitung Trierer Volksfreund zum Projekt.
• Internetseite des BMWi zum Förderkonzept Netze für die Stromversorgung der Zukunft.
• Internetseite des Projekträgers Jülich zum Förderprogramm Netze für die Energieversorgung der Zukunft.

Einzelnachweise

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