elektro AUTOMATION: Wird sich die Energieversorgung in Industriebetrieben künftig auf viele kleine Quellen verteilen?
Hubert Hafner: Mit Sicherheit. Die Effizienz der Systeme zur dezentralen Energieerzeugung – auch Distributed Energy Resources oder kurz DER genannt – wächst, während ihre Kosten immer weiter sinken. Daher beginnen immer mehr Unternehmen damit, ihre Energiekosten mithilfe von DER zu reduzieren. Die erheblichen Kosten, welche die zentrale Erzeugung und die damit verbundene Übertragung und Verteilung elektrischer Energie verursacht, verleihen der Entwicklung von DER zusätzlichen Schub, da viele Industrieunternehmen mit den technischen Herausforderungen und den hohen Kosten des Anschlusses ans Stromnetz konfrontiert sind. Viele Unternehmen haben jedoch die Möglichkeit, erneuerbare Energiequellen und Sekundärrohstoffe zu nutzen – wie beispielsweise Biogasanlagen, Schnittholz und landwirtschaftliche Abfälle, wodurch die Betriebskosten für die Stromerzeugung sinken und in der Folge die Rentabilität der dezentralen Energieerzeugung steigt.
elektro AUTOMATION: Welche Herausforderungen entstehen dadurch?
Hafner: Das Problem besteht darin, den koordinierten, optimalen Betrieb der DER zu gewährleisten, einen maximalen wirtschaftlichen Vorteil sicherzustellen und sämtliche technischen und gesetzlichen Vorgaben einzuhalten. Zudem besteht das Potenzial, auch dezentral einzuspeisen und durch die Bereitstellung von Netzdiensten – beispielsweise zur Bedarfssteuerung sowie Frequenz- und Spannungsregelung – zusätzliche Einnahmen zu generieren. Außerdem müssen Beschädigungen der dezentralen Stromerzeugungsanlagen infolge von Störungen im externen Stromversorgungsnetz vermieden werden, ebenso die Reduzierung der Wirtschaftlichkeit aufgrund eines erhöhten Verbrauchs fossiler Brennstoffe und die beschleunigte Abnutzung der lokalen Stromerzeugungsanlagen durch häufiges An- und Abschalten.
elektro AUTOMATION: Wie kann Ihre Lösung Amigo an dieser Stelle helfen?
Hafner: Amigo steht für Automatic Microgrid Optimization und ist ein Informationsmanagementsystem, mit dem Unternehmen mittels voll- und teilautomatisierter Betriebsmodi den DER-Betrieb und ihre flexiblen Lasten auf verschiedenen Ebenen optimieren können. Amigo sagt zunächst den unkontrollierten Verbrauch und die unkontrollierte Erzeugung der erneuerbaren Energiequellen voraus und erstellt anschließend eine Managementstrategie für die verbleibenden Elemente – also für die Brennstofferzeugung, Energiespeichersysteme und flexible Lasten. Die Optimierungsalgorithmen von Amigo basieren auf der ökonomischen Steuerung beziehungsweise der Steuerung der Minutenreserve – mit anderen Worten: Auf dem optimalen Management der verfügbaren Anlagen, wodurch insbesondere die Stromkosten von Verbrauchern im Rahmen der technischen Beschränkungen minimiert werden. Das Ergebnis, welches aus der Lösung des Problems der optimierten Stromversorgungsmodi durch Amigo resultiert, sind die Volumina des eingekauften und des unabhängig erzeugten Stroms sowie die Profile des Stromverbrauchs. Darüber hinaus übermittelt Amigo Schwellwerte an die Anlagen, um die Optimierungsstrategie umzusetzen. Neben der wirtschaftlichen Optimierung verwaltet und regelt das System Überflüsse in externe Stromnetze in einem Frequenzregelbereich von ± 0,05 Hz. Es reagiert auf Störgrößen (Unsymmetrien), die innerhalb des geregelten Energiesystems auftreten, ohne die Primärregelung zu beeinträchtigen. Störgrößen innerhalb des geregelten Bereichs werden innerhalb kürzester Zeit ausgeglichen.
elektro AUTOMATION: Auf Basis welcher Daten treffen die Amigo-Algorithmen Entscheidungen?
Hafner: Die Vorhersage der Stromerzeugung und der Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen bildet die Grundlage sämtlicher Optimierungsaufgaben. Dank der Vorhersage wird es möglich, Regelentscheidungen nicht nur basierend auf dem aktuellen Systemzustand, sondern auch ausgehend von Zuständen zu treffen, die das Energiesystem in Zukunft einnehmen wird – also nach dem Prinzip der proaktiven Regelung im Rahmen des Planungshorizonts. Die Vorhersage der erneuerbaren Energiequellen in Form von Wind- und Solarstromerzeugung wird unter Einbeziehung der Wetterprognose mittels mathematischer Modelle errechnet, welche die Ausbeute dieser Stromerzeuger mit den prognostizierten meteorologischen Parametern in Verbindung setzen. Die Aufgabe der Betriebsoptimierung wird durch die Vorhersage des operativen Verbrauchs in mehrminütigen Zeitfenstern gelöst. Diese wird mittels analytischer Methoden und der Bildung von Zeitzeilen erstellt, die entweder auf autoregressiven Ansätzen (ARIMA) oder auf der Interpolation der aktuellsten Punkte der Zustandskurve des gegenwärtigen Betriebsmodus des Stromversorgungssystems sowie auf den Punktwerten der prognostizierten Zustandskurve basieren.
elektro AUTOMATION: Was unterscheidet Amigo von bisher verfügbarer Netzleittechnik?
Hafner: Verantwortliche für das Stromversorgungssystem können die grundlegenden Regelfunktionen generell durch lokale Steuerungssysteme an jedem Gerät sowie mithilfe des Verteilsystems eigenständig ausführen. Wenn die Anzahl und die Verschiedenartigkeit der zu steuernden Objekte im Mikronetz jedoch zunehmen, wird schnell der Punkt erreicht, an dem die Steuerung ohne ein integriertes Managementsystem wie das von Amigo nicht mehr möglich ist. Derartige Managementsysteme koordinieren alle Systeme zur dezentralen Energieerzeugung, sorgen für eine optimale Steuerung dieser Systeme, minimieren Brennstoffkosten, kaufen unter Berücksichtigung aktueller und zukünftiger Preise Energie am Markt ein, berücksichtigen die Systeme verschiedener Hersteller, ermitteln Leistungskennzahlen zum Energieeinkauf und stellen Netzdienste zur Bedarfssteuerung, Frequenz- und Spannungsregelung bereit. All diese Funktionen sind in Amigo integriert.
elektro AUTOMATION: Was sind die Anforderungen für Amigo?
Hafner: Damit Amigo seine Aufgabe ausführen kann, nutzt das System zum einen Geräte zur Ausführung, wie redundante Industriecomputer, Datenbankserver und optionale Cloud-Anbindungen und bindet zum anderen auch eine Vielzahl von Managementobjekten an wie Brennstoff-Erzeugungsanlagen, Energiespeicheranlagen, erneuerbare Energiequellen (Sonne, Wind, Biogasanlagen usw.) und Wechselrichter sowie flexible Lasten, Einrichtungen zur Messung der Parameter des Regelwerks, Netzsteuerungsgeräte sowie Netzwerk-Switches und -Router.
elektro AUTOMATION: Wo kann Amigo neben der Industrie noch zum Einsatz kommen?
Hafner: Maximale Auswirkungen werden in isolierten, komplett netzunabhängigen Stromversorgungssystemen erreicht, zum Beispiel in Inselnetzen oder in abgelegenen Mikronetzen im Gebirge, wo sowohl Mangel an qualifiziertem Personal für Verteilung und Wartung als auch hohe Kosten für Brennstoff und Ersatzteile für die Anlagen zusammenkommen. Neben derartigen Einsatzszenarien ist Amigo ideal auch für die Organisation virtueller Kraftwerke, das Management der Energieversorgung und des Energieverbrauchs von Gruppen von Gebäuden sowie für die Entwicklung hybrider Kraftwerke geeignet.
elektro AUTOMATION: Welche Entwicklungen wird es künftig noch geben?
Hafner: Wir arbeiten daran, die Algorithmen von Amigo noch weiter zu verbessern, maschinelles Lernen für die Erstellung der Vorhersagen zu implementieren und für Abrechnungszwecke und zur Überprüfung der Berechnungsergebnisse eine Blockchain zu integrieren. Wir haben bereits eine Cloud-Infrastruktur eingerichtet, so dass vor Ort nur ein kleiner Kommunikationsknoten installiert wird und alle anderen Optimierungsprozesse in der Cloud erfolgen können. Gleichzeitig entwickeln wir zusätzliche Dienste, zum Beispiel die Bereitstellung und Aggregation von Wetterprognosen und Prognosen für Spotmarktpreise. Wir arbeiten zudem gezielt daran, die Integration von Amigo im Interesse unserer Partner – also den Besitzern von Mikronetzen, hybriden Kraftwerken und Systemintegratoren – zu vereinfachen.
Details zum Amigo-System (PDF, englisch):
„Wenn die Anzahl und die Verschiedenartigkeit der zu steuernden Objekte im Mikronetz zunehmen, wird schnell der Punkt erreicht, an dem die Steuerung ohne ein integriertes Managementsystem nicht mehr möglich ist.“
Hubert Hafner, Vice President Business Development, RTSoft GmbHBild: RTSoft
