Was ist ein Mikronetz und wie funktioniert es?

A Mikronetz Ein Mikronetz ist ein lokales Stromnetz, das eine bestimmte Einrichtung, Gemeinde oder Nutzergruppe mit Strom versorgt. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Stromnetz, das vollständig auf das Hauptnetz angewiesen ist, kombiniert ein Mikronetz lokale Stromerzeugung, Energiespeicherung und intelligente Steuerung, um den Strom näher am Verbrauchsort zu verwalten.

Ein Mikronetz kann betrieben werden in Netzgekoppelter oder Inselbetrieb, Dadurch eignet es sich zur Verbesserung der Stromversorgungssicherheit, zur Integration erneuerbarer Energien und zur Versorgung kritischer oder abgelegener Verbraucher.

Kernkomponenten eines Mikronetzes

Ein Mikronetz kombiniert typischerweise mehrere Technologien zur Erzeugung, Speicherung, Umwandlung und Verwaltung von Elektrizität.

• Dezentrale Energieerzeugung: Die lokale Energieerzeugung versorgt das Mikronetz mit Strom. Je nach Standortbedingungen und Energiebedarf können verschiedene Energiequellen zum Einsatz kommen, darunter Photovoltaik, Kleinwindkraftanlagen, Blockheizkraftwerke (BHKW), Brennstoffzellen und Notstromaggregate. Durch die Kombination mehrerer Erzeugungsquellen lässt sich die Energieverfügbarkeit verbessern.
• Energiespeicherung: Batteriespeichersysteme speichern überschüssigen Strom und geben ihn wieder ab, wenn die Stromerzeugung den Bedarf nicht deckt. Die Speicherung kann dazu beitragen, Schwankungen bei erneuerbaren Energien auszugleichen, den Energieverbrauch zu verlagern und bei Netzausfällen Notstrom zu liefern.
• Energieumwandlung: Wechselrichter und Konverter steuern den Stromfluss zwischen Energieerzeugungsanlagen, Batterien, dem Stromnetz und elektrischen Verbrauchern. Sie unterstützen Funktionen wie die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und von Wechselstrom in Gleichstrom und ermöglichen den gemeinsamen Betrieb verschiedener Energiequellen.
• Energiemanagementsystem (EMS): Das Energiemanagementsystem (EMS) fungiert als Kontrollzentrum des Mikronetzes. Es überwacht die Stromerzeugung, den Strombedarf, den Batteriestatus und die Netzbedingungen und koordiniert anschließend die verfügbaren Ressourcen entsprechend den Echtzeitbedingungen und Betriebsprioritäten.

Zwei Betriebsmodi eines Mikronetzes

Ein Hauptmerkmal eines Mikronetzes ist seine Fähigkeit, entweder mit dem Hauptnetz oder unabhängig davon zu arbeiten.

Netzgekoppelter Modus

• Netzanschluss: Das Mikronetz arbeitet parallel zum öffentlichen Stromnetz und steuert gleichzeitig seine lokale Stromerzeugung, Speicherung und Lasten.
• Energieaustausch: Wenn die lokale Stromerzeugung den Bedarf übersteigt, kann überschüssiger Strom, sofern zulässig, in das Stromnetz eingespeist werden. Reicht die lokale Stromerzeugung nicht aus, kann Strom aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden.
• Energiemanagement: Das Energiemanagementsystem koordiniert Erzeugung, Speicherung und Verbrauch, um die Nutzung erneuerbarer Energien zu verbessern, Lastspitzen zu bewältigen und die Energiekosten gemäß den Projektanforderungen zu kontrollieren.

Inselbetrieb

• Netztrennung: Bei einem Stromausfall oder an Orten ohne Netzanschluss kann sich das Mikronetz vom Hauptnetz trennen und unabhängig weiterarbeiten.
• Lokale Versorgung: Lokale Energieerzeugung, Energiespeicherung und Notstromversorgung arbeiten zusammen, um die angeschlossenen Verbraucher zu versorgen.
• Ladepriorität: Bei begrenzter Stromverfügbarkeit kann das System kritische Verbraucher priorisieren und nicht kritische Verbraucher reduzieren oder abschalten. Dies trägt dazu bei, die Versorgung mit lebenswichtigen Diensten in Notfällen oder bei längeren Stromausfällen aufrechtzuerhalten.

Wie funktioniert ein Mikronetz?

Stromerzeugung und -nachfrage können ständig schwanken, insbesondere bei der Nutzung erneuerbarer Energien. Das Energiemanagementsystem koordiniert lokale Erzeugung, Energiespeicherung und Verbraucher und passt die Stromverteilung an Angebot und Nachfrage in Echtzeit an.

• Echtzeitüberwachung: Das Energiemanagementsystem (EMS) überwacht kontinuierlich die Stromerzeugung, den Strombedarf, den Ladezustand der Batterie und die Netzbedingungen.
• Erzeugung > Nachfrage: Wenn die lokale Stromerzeugung den Bedarf übersteigt, kann der Überschuss in der Batterie gespeichert oder in netzgekoppelten Systemen in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
• Erzeugung < Nachfrage: Bei unzureichender Stromerzeugung kann die Batterie die fehlende Leistung ausgleichen. Dies reduziert die Abhängigkeit von externer Stromversorgung und trägt zur Aufrechterhaltung der Versorgungsstabilität bei.
• Speicherplatz unzureichend: Reichen lokale Erzeugung und gespeicherte Energie nicht aus, um den Bedarf zu decken, kann ein netzgekoppeltes Mikronetz zusätzlichen Strom aus dem öffentlichen Stromnetz beziehen. Ein Inselnetz kann auf Reserveerzeugung zurückgreifen oder nicht kritische Verbraucher reduzieren.
• Schutz kritischer Lasten: Bei einem Stromausfall kann die verfügbare Energie vorrangig für wichtige Anlagen und Dienstleistungen genutzt werden. Dadurch können begrenzte Erzeugungs- und Speicherkapazitäten die wichtigsten Verbraucher versorgen.

Arten und typische Anwendungen von Mikronetzen

Betriebsarten und Konfigurationen von Mikronetzen beschreiben unterschiedliche Aspekte eines Systems. Betriebsarten definieren die Interaktion des Mikronetzes mit dem öffentlichen Stromnetz, während die Konfiguration beschreibt, wie Erzeugungs-, Speicher- und Backup-Ressourcen für ein bestimmtes Projekt angeordnet sind.

Mikronetze können nach ihrer Anbindung an das öffentliche Stromnetz und der Art und Weise, wie lokale Energieressourcen konfiguriert sind, klassifiziert werden.

• Netzgekoppelte Mikronetze: Diese Systeme arbeiten parallel zum Stromnetz und werden häufig für Gewerbe- und Industrieanlagen, Campusgelände und andere Standorte eingesetzt, die eine bessere Kontrolle über die lokalen Energieressourcen benötigen.
• Off-Grid-Mikronetze: Diese Systeme funktionieren autark ohne festen Netzanschluss. Sie eignen sich für abgelegene Gemeinden, Inseln, Kommunikationseinrichtungen und andere Standorte, an denen der Ausbau des herkömmlichen Stromnetzes schwierig oder unwirtschaftlich ist.
• Hybride Mikronetze: Diese Systeme kombinieren verschiedene Energiequellen wie Solar-, Wind-, Batteriespeicher und Notstromaggregate. Die konkrete Kombination hängt von den lokalen Ressourcen, dem Lastprofil und den Zuverlässigkeitsanforderungen ab.

Typische Anwendungsbereiche: Mikronetze werden in abgelegenen Gemeinden, Kommunikationsbasisstationen, Gewerbe- und Industrieanlagen, Bergwerken, Krankenhäusern, Notfalleinrichtungen und anderen Orten eingesetzt, an denen eine zuverlässige lokale Stromversorgung wichtig ist.

Wie wählt man die richtige Microgrid-Konfiguration aus?

Die geeignete Konfiguration des Mikronetzes wird anhand des tatsächlichen Leistungsbedarfs des Projekts, der Standortbedingungen und der verfügbaren Energieressourcen bestimmt. Die Bewertung erfolgt üblicherweise unter folgenden Gesichtspunkten:

• Standortbedingungen: Ermitteln Sie geeignete lokale Stromerzeugungsmethoden und Systemkonfigurationen auf der Grundlage lokaler Solar- und Windressourcen, des verfügbaren Platzes, der klimatischen Bedingungen und des Netzanschlussstatus.
• Lastanforderungen: Ermitteln Sie die erforderliche Erzeugungs- und Energiespeicherkapazität anhand des Gesamtstromverbrauchs, der Spitzenlast, der kritischen Anlagen, der Betriebsstunden und der Backup-Dauer und verteilen Sie kritische und nicht-kritische Lasten rational.
• Netzanschluss: Die Betriebsart des Mikronetzes ist danach zu bestimmen, ob das Projekt einen Anschluss an das öffentliche Stromnetz erfordert. Ist ein netzgekoppelter Betrieb notwendig, sind auch die Netzzugangsbedingungen und die Anforderungen für den Wechsel zwischen netzgekoppeltem und netzunabhängigem Betrieb zu berücksichtigen.
• Notstromversorgung: Entscheiden Sie anhand der Projektanforderungen an die Stromversorgungssicherheit, ob Notstromquellen eingesetzt werden sollen. Wählen Sie Batteriespeicher, Dieselgeneratoren oder andere Notstromquellen unter Berücksichtigung kritischer Lasten, der Notstromdauer und des Risikos von Stromausfällen.
• Energiemix: Wählen Sie eine einzelne Stromerzeugungsmethode oder kombinieren Sie mehrere Energiequellen wie Photovoltaik, Windkraft und Energiespeicher entsprechend den lokalen Energieressourcen und dem Strombedarf, um die Systemflexibilität und die Stabilität der Stromversorgung zu verbessern.
• Erweiterungsanforderungen: Wenn für das Projekt ein zukünftiger Anstieg des Stromverbrauchs oder eine Erweiterung der Systemkapazität erwartet wird, sollten Konfigurationen mit modularem Design gewählt werden, um die spätere Hinzufügung von Erzeugungs- oder Energiespeicherkapazität zu erleichtern.

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