Steuerungs- und Überwachungssystem Kleine schlaue Netze machen die Energieversorgung sicherer

Ein einziger Baum stürzt um, landet auf einer Hochspannungsleitung und innerhalb von Minuten sitzen zwölf Millionen Haushalte im Dunkeln. Damit sich solch eine Katastrophe, die vor Jahren in Oregon/USA tatsächlich passiert ist, nicht wiederholt, nimmt die Entwicklung von Microgrids langsam Fahrt auf. Und National Instruments treibt an.

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Neben den alljährlichen Herbstmessen steht ein weiterer Termin fest im Kalender vieler Ingenieure und Wissenschaftler. Nämlich der Technologie- und Anwenderkongress „Virtuelle Instrumente in der Praxis“ von National Instruments (NI). Hier informieren sich jedes Jahr mehrere hundert Teilnehmer über die Trends rund um Messtechnik und Automation. Besonders anschaulich, was dann auch der Journalist vor Ort versteht, zeigen die legendären Live-Demonstrationen zum einen die neuesten NI-Entwicklungen und zum anderen reale Anwendungsbeispiele aus Forschung, Lehre und Industrie.

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Wegen der Fülle an interessanten Themen fällt es schwer, eine Auswahl zu treffen. Schließlich fällt die Entscheidung auf Microgrids – die lokale Variante intelligenter Stromnetze, den sogenannten Smartgrids. Bisher ist dies eher Nischenmarkt für Einrichtungen, die sich keine Stromausfälle leisten können. Zum Beispiel Krankenhäuser, Rechenzentren und Gefängnisse.

Weil die typischen Stromnetze in Nordamerika, die vor 50 bis 75 Jahren entwickelt wurden, einen zentralisierten Aufbau nutzen, sind sie eben auch verwundbar. Faktoren wie Bevölkerungswachstum, Zersiedelung und Erzeugung erneuerbarer Energien stehen jedoch hinter den Forderungen nach einer dezentralisierten Architektur, die eine fehlertolerantere und skalierbare verteilte Erzeugung ermöglicht.

„Angesichts des rapide fortschreitenden Technologieeinsatzes und der raschen Verbreitung von erneuerbaren, verteilten Energiequellen als Ersatz für fossile Brennstoffe muss sich das herkömmliche Stromnetz verändern“, erklärt Bob Leigh von dem kanadischen Unternehmen Local Grid Technologies in seinem Vortrag. Dem zufolge müssen sich Stromversorger auf modernisierte Netze einstellen, bei denen es sich um intelligente, ständig weiterentwickelnde Stromnetze handelt, die auf den Kundenbedarf eingehen, erhöhte Zuverlässigkeit bieten, Energiesicherheit gewährleisten und darüber hinaus für die Einhaltung neuer Umweltnormen sorgen.

Microgrid: Netzsicherheit in kleinen Dosen

Local Grid verbessert also veraltete Stromnetze von Städten mithilfe von Microgrids. Dabei handelt es sich um kleine Lösungen für die Stromerzeugung, die aus lokalen Einrichtungen und individuellen Strukturen bestehen, die mit Windkraft- und Solaranlagen ausgestattet sind. „Microgrids verlagern die Stromerzeugung in nächste Nähe zum Verbraucher, wodurch sich die Kosten für Infrastruktur und Brennstoffe verringern. Sie sind außerdem eine kostengünstige Alternativ zu groß angelegten Systemen“, verdeutlicht Leigh.

Er weist darauf hin, dass jeder Aufbau jedoch anders und die Systemsoftware ganz neu einzurichten gewöhnlich extrem teuer ist.

Um dies zu vereinfachen und kostengünstiger zu gestalten, arbeiten Local Grid zusammen mit NI und weiteren Teilnehmern am Intelligent Node Project. Toronto Hydro ist mit ca. 1600 Zubringerleitungen und 719.000 Kunden nach eigenen Angaben einer der größten kommunalen Stromversorger in Kanada und eines der beteiligten Unternehmen.

Um mehrere Stromquellen effizient nutzen zu können, ist ein dynamisches und flexibles Verteilnetz erforderlich – ein wichtiger Faktor für die Netzmodernisierung. Toronto Hydro möchte intelligente Steuerung und Überwachung nutzen, um viele der Einschränkungen zu überwinden. Das Projekt gehört zu den ersten Versuchen in diesem wichtigen Bereich.

Hard- und Softwareplattform muss flexibel und modular sein

„Für die Entwicklung einer Steuerungs- und Überwachungsplattform für die Verteilung ist eine flexible, modulare Hard- und Softwareplattform erforderlich, damit sich das Projekts erweitern lässt“, sagt Leigh.

Local Grid wählte daher das Compact-RIO-Modul NI cRIO-9068 für den Local Grid-Zellen-Controller, um so Daten von dezentralen Geräten am Zuleitungsnetz zu erfassen und zu verarbeiten. Ebenso, um die Energiequellenintegration, die dezentrale Netzqualitätsüberwachung und die Verwaltung von Zuteilungsbefehlen zu verteilen. Für die Entwicklung seiner Software Data Fabric setzte Local Grid die Systemdesignsoftware NI Labview ein. Ziel für die Geräte im Feld war es, dass Branchenexperten und Netzbetreiber, die bislang nicht mit Labview vertraut waren, anwendungsspezifische Algorithmen lesen, verstehen und sogar schreiben können.

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