Energieversorgungsnetze und Integration Erneuerbarer Energien (SENSE)

Smart Grid Labor

Das Smart Grid Labor widmet sich Fragestellungen, die im Zusammenhang mit der Energiewende stehen. Aus der Energiewende resultiert die Notwendigkeit zur gezielten Steuerung von Erzeugung und Verbrauch insbesondere für elektrischer Energie. Dafür wurde ein realer Niederspannungsabgang aufgebaut, an welchen Komponenten des Verbrauchs, der Speicherung und der Erzeugung angeschlossen sind. Darüber hinaus verfügt das Smart Grid Labor über ein Wärme- und Kältenetz. Die Steuerung wird sowohl durch dezentrale Einheiten als auch eine übergeordnete Koordinationsstruktur vorgenommen. Damit ist es möglich, verschiedene Steuerungskonzepte im Bereich Netzbetrieb und Energiemanagement umzusetzen.

Für das zukünftige Last- und Erzeugungsmanagement sind flexibel einsetzbare Komponenten von besonderem Interesse. Dabei ist sowohl die zeitliche Flexibilität als auch die Variabilität der zu beeinflussenden Parameter von Bedeutung. Diesem Umstand wird im Smart Grid Labor durch die Integration einer Vielzahl verschiedener energietechnischer Komponenten Rechnung getragen. Zudem wird durch standardisierte Schnittstellen, die teilweise Eigenentwicklungen sind, eine höchst flexible Zusammensetzung ermöglich.

Elektrisches Niederspannungsnetz

Der Laboraufbau besteht aus einem dreiphasigen Wechselspannungs- (AC) und einem dazu parallel verlaufenden Gleichspannungs- (DC) Netz. Die Struktur der Netze ist variierbar. Der im Grundaufbau bestehende Ring kann unterbrochen werden, woraus einzelne Stichleitungen resultieren. Die Komponenten sind je nach Bedarf zu- und abschaltbar. Zudem ist die Position ihrer Netzintegration ebenfalls flexibel. Die Anbindung der Komponenten ist in sowohl energie- als auch informations- und kommunikationstechnischer Hinsicht standardisiert und erfolgt über sogenannte Plug-and-Supply-Schnittstellen.

Teile der Informationsverarbeitung und Steuerung im Netz werden durch Gateway-Rechner übernommen, welche den einzelnen energietechnischen Komponenten zugeordneten sind. Eine übergeordnete Instanz der Erfassung, Speicherung und Verarbeitung von Daten übernimmt die Steuerungsaufgaben im Gesamtkontext. Eine der zentrale Zielstellung der Forschungsarbeit im Labor ist die Untersuchung verschiedener Steuerungsalgorithmen auf ihre Anwendbarkeit für Netzbetrieb und Energiemanagement. Hierbei ist insbesondere der Blickwinkel sich verändernder Energienetze mit erhöhter fluktuierender Erzeugung aus erneuerbaren Quellen sowie einer fortschreitend dezentralen Energieversorgung von hoher Bedeutung.

Thermisches Netz

Neben dem Niederspannungsnetz umfasst das Smart Grid Labor auch ein Kältenetz. Dieses ist mit dem elektrischen Netz über eine Kompressionskältemaschine verbunden und ermöglicht so Untersuchungen zu Fragestellungen aus dem Bereich der Sektorkopplung. Insbesondere die potenzielle Speicherkapazität von thermischen Netzen ist hier interessant. Auch das Kältenetz verfügt hierbei über Komponenten zur Erzeugung und zur Speicherung. Die von der Kältemaschine erzeugte Kälte kann entweder im Kältespeicher gespeichert werden oder direkt für die Lastdeckung genutzt werden. 

Das Kältenetz im Smart Grid Labor wurde im Rahmen einer Dokumentation zum Thema "Kälte, Kühlung, Klimaschutz" im ZDF vorgestellt. Der Beitrag kann hier in der ZDF-Mediathek ab Minute 21 angesehen werden.