Ein Expertisebereich der Fachgruppe DezE
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Ein Reallabor in der Entstehung
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Das Bild zeigt ein technisches Schaltschema mit dem Titel „Konzept dezentrales Reallabor“. Es stellt die energetische und kommunikative Vernetzung verschiedener Energieerzeuger, Stromspeicher und des Stromnetzes unter der Kontrolle eines Energiemanagementsystems dar.
Eine Legende unten rechts definiert zwei Pfeilarten:
- Lila Pfeile: Kommunikation (Datenfluss)
- Rote Doppelpfeile: Energiefluss (bidirektional, also in beide Richtungen)
Aufbau der Stromnetze:
Das Herzstück des Systems bilden zwei horizontale Gleichstrom-Bussysteme (DC), die unterschiedliche Spannungs- und Leistungsebenen repräsentieren:
- Oberes Netz: Beschriftet mit „48 V DC, < 3 kW“ (Niederspannung).
- Unteres Netz: Beschriftet mit „520 V DC, > 3 kW“ (Hochspannung).
Beide Spannungsebenen sind in der Mitte durch einen DC/DC-Wandler miteinander verbunden. Ein roter Doppelpfeil zeigt hier, dass Energie zwischen den beiden Netzen hin- und herfließen kann. Jedes der beiden Netze verfügt auf der linken Seite über einen eigenen, separat angeschlossenen Batteriespeicher.
Komponenten am 48-Volt-Netz (oben):
An diese Ebene sind über jeweils eigene Wandler (dargestellt als Quadrate mit einem diagonalen Strich) vier Erzeuger/Verbraucher angeschlossen:
- Ein elektronisches Bauteil (z.B. ein Netzteil oder Lastwiderstand).
- Eine vertikale Kleinwindkraftanlage.
- Ein Solarmodul.
- Ein Platzhalter mit einem Fragezeichen („?“), der eine Erweiterungsmöglichkeit andeutet.
Komponenten am 520-Volt-Netz (unten):
An diese leistungsstärkere Ebene ist unten links über einen Wandler eine größere Photovoltaikanlage (Solarpanel) angeschlossen.
Zudem befindet sich unten rechts der Anschluss an das öffentliche Stromnetz („Netz“). Dieser erfolgt über einen Schalter und einen bidirektionalen AC/DC-Wandler (Wechselrichter). Ein roter Doppelpfeil zeigt an, dass Strom sowohl aus dem Netz bezogen als auch in das Netz eingespeist werden kann.
Kommunikation (Steuerung):
In der oberen linken Ecke ist das Energiemanagementsystem („EMS“) in Form einer Datenwolke abgebildet. Von dieser Wolke gehen lila Kommunikationsleitungen aus. Diese Leitungen verzweigen sich und verbinden das EMS mit fast allen relevanten Knotenpunkten: mit den Erzeugern am 48V-Netz, mit beiden Batteriespeichern, mit der PV-Anlage am 520V-Netz und mit dem Netzanschluss. Eine gestrichelte lila Linie am oberen rechten Rand signalisiert, dass der Kommunikationsbus für weitere Komponenten offen ist.
Das Labor verfügt über zahlreiche regelbare Erzeuger und Verbraucher. Im Rahmen der IDEEN Initiative sollen bestehende Einzelsysteme zu einem Gesamtsystem verschaltet werden, um weitere Fragen der dezentralen Energieversorgung sowie der Speicherung zu beantworten. Besonderer Fokus liegt hierbei auf die Thematiken des Hybridspeichers und des intelligenten Energiemanagements. Ebenso können beispielsweise neue Akteure an dem Netzt getestet werden, u.a. um Fragen der Netzstabilität zu testen. Das System kann mit Simulationen erweitert werden oder Fragen der Wirtschaftlichkeit beantworten. Somit stellt dieser Aufbau sowohl ein Reallabor mit praktischer Anwendung dar, als auch einen experimentellen und erweiterbaren Laboraufbau für die Lehre und Forschung mit dem Schwerpunkt der Energiewende. Die nebenstehende Abbildung stellt den Aufbau schematisch dar.
Anhand realer Lastprofile können mit diesem System Untersuchungen zur Dimensionierung von Hybridspeichern als Zwischenspeicher für Ladeinfrastruktur, wie etwa größere Ladeparks, durchgeführt werden. Dabei werden vorhandene regenerative Energiequellen sowie das schonende Laden von Batterien berücksichtigt. Darüber hinaus bietet das System die Möglichkeit, potenzielle Geschäftsmodelle durch Systemdienstleistungen und die Teilnahme am Energiemarkt zu erforschen. Ein zentraler Aspekt des dezentralen Reallabors ist ein übergeordnetes, selbstlernendes EMS.
Zentraler Bestandteil ist die Einbindung von Hybridspeichern. Dies sind zum einen das H2 Kleinsystem zum anderen ein H2 Outdoor System, bestehend aus Wassertank, Elektrolyseur, Trockner, Brennstoffzelle und ein 600 Nl Gasflaschenbündel, sowie ein 30 kWh LiFePo4 Batteriespeicher.
