Warum ist der Umbau des Energienetzes nötig? Energie aus dezentralen Quellen muss ins Netz eingespeist werden, Elektrofahrzeuge werden geladen, die Energieerzeugung aus Windenergie und Photovoltaik unterliegt natürlichen Schwankungen. Diese und andere Einflüsse stellen die Stabilität der elektrischen Energieversorgung vor ganz neue Herausforderungen. Gelingen kann ein sicherer Netzbetrieb nur, wenn Erzeuger und Verbraucher miteinander sicher, zuverlässig und zum Teil in Echtzeit – also ohne oder mit nur sehr geringer Verzögerung – kommunizieren können. Das Energienetz muss deshalb mit Kommunikationstechnik ausgestattet werden. Für das Kommunikationsnetz gilt dabei: Es muss in Sachen Verfügbarkeit und Sicherheit der zu übertragenden Daten hohe Anforderungen erfüllen.
Insgesamt 200 Experten gingen bei der SmartGridComm 2017 in Dresden der Frage nach, wie das Energienetz für eine stabile und zuverlässige Energieversorgung in Zukunft gestaltet werden muss.
| S. HochstetterSmartGridComm 2017: Das Energienetz der Zukunft
Im Fokus der SmartGridComm 2017 standen deshalb die Herausforderungen schneller und gleichzeitig sicherer Kommunikation und aktuelle Lösungsansätze. Diskutiert wurde über die Themen Netzarchitekturen, drahtgebundene und drahtlose Technologien, Cyber Security, Big Data, Steuerung der Energiespeicherung, künftiger Mobilfunk-Standard 5G und Elektromobilität. Insgesamt 92 Fachvorträge wurden in drei parallelen Tracks gehalten. Im Vorfeld der Tagung fanden bereits vier gut besuchte Workshops zu den Themen „The Cellular Concept“, „Safety, Privacy and Cyber Security“, „Open Systems for Energy Systems (OS4ES)“ und „Active Distribution Grids“ statt.
Herausforderungen für Strom- und Kommunikationsnetz
Im Rahmen der Tagung wurden aktuelle Herausforderungen für Strom- und Kommunikationsnetz diskutiert. Eine dieser Herausforderungen: die Verfügbarkeit des Kommunikationsnetzes beim Wiederanfahren des Energienetzes nach einem Ausfall. Das Kommunikationsnetz braucht für diesen Schwarzstart eine eigene, dezentrale Notstromversorgung. Heutige Kommunikationsnetze haben diese nicht oder nur eingeschränkt. Deshalb muss über eine engere Verzahnung des Energie- und des Kommunikationsnetzes hinsichtlich Architektur und Management nachgedacht werden.
Derzeit startet der Rollout der intelligenten Stromzähler als erster Baustein des intelligenten Energienetzes. Mit diesen Smart Metern werden zeitlich dynamische Tarife möglich und dezentrale Stromerzeuger wie Photovoltaikanlagen lassen sich fernsteuern. Dazu wird häufig die Technik „Powerline Communications“ genutzt, da sie auf der vorhandenen Energienetz-Infrastruktur aufbaut. Basierend auf den derzeitigen Standards wurden Weiterentwicklungen diskutiert, die deutlich höhere Datenraten und damit den Einsatz moderner Sicherheitsprotokolle ermöglichen.
In einer Keynote stellte Prof. Christian Rehtanz von der TU Dortmund vor, wie Kommunikationstechnik aussehen muss, damit sich die Energieerzeugung aus volatilen, regenerativen Quellen regeln lässt, ohne die Netzstabilität zu gefährden.
Auswirkungen der Elektromobilität auf die Netze
In einer lebhaften Panel-Diskussion über Elektromobilität ging es um die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf das Netz. Vorteilhaft ist die Nutzung der Fahrzeugbatterie (V2G – Vehicle to Grid), um das Netz zu stabilisieren. Anderseits werden Ladestrategien benötigt, um die Überlastung durch gleichzeitiges Laden in den Nachtstunden zu vermeiden. Die Forschung beschäftigt sich derzeit intensiv mit dem Thema, was sich auch in zahlreichen Tagungsbeiträgen widerspiegelte. Der durch die Elektromobilität hinzukommende Stromverbrauch – rund 20 Prozent des derzeitigen Gesamtverbrauchs – wird nicht als kritisch angesehen. Er lässt sich vermutlich sogar durch Einsparungen in der mehrjährigen Einführungsphase kompensieren. Die Verteilnetze müssen jedoch aufgerüstet und für einen bidirektionalen Betrieb ertüchtigt werden.
Die Stabilität des Energienetzes mit künftig vielen, miteinander vernetzten Microgrids war Thema der Keynote von Prof. Jianwei Huang von der Chinese University of Hongkong. Er analysierte die Energieflüsse zwischen den Microgrids und deren gegenseitige Zahlungen für bereitgestellte Energie. Dabei konnte er die Vorteile der dezentralen Erzeugung und der erzeugungsnahen Nutzung nachweisen und Algorithmen für die Lastregelung und Abrechnung entwickeln, die die Stabilität gewährleisten.
In seiner Keynote zeigte Ian Bramson, Siemens USA, an Beispielen auf, wie rasant Angriffe auf Energiesysteme als Teil der kritischen Infrastruktur zugenommen haben. Energienetze sind historisch über lange Zeiträume gewachsen. Die verwendete Kommunikationstechnik ist deshalb in Teilen nicht mehr zeitgemäß. Sie kann nur schwer auf aktuelle Sicherheitsstandards aufgerüstet werden. Die Modernisierung der Kommunikationsnetze auf höhere Übertragungskapazitäten ist deshalb dringend erforderlich. Nur so lassen sich Reserven für die benötigten Sicherheitsmechanismen (Protokolle) bereitstellen.
Die SmartGridComm 2017 wurde von Prof. Ralf Lehnert von der Technischen Universität Dresden (Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Deutsche Telekom-Professur für Kommunikationsnetze) und Prof. Rainer Speh von der Siemens AG geleitet.
