Microgrids sind kleine Netze, die sich auf nahe gelegene Solar-, Wind- oder andere erneuerbare Energiequellen stützen, um zuverlässigen Ökostrom zu liefern. Sie können auch mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, wenn die Umstände dies erfordern. Microgrids können entweder unabhängig vom Hauptnetz betrieben werden, was als "Inselbetrieb" bezeichnet wird, oder sie sind mit dem Hauptnetz auf gleicher Spannungsebene verbunden, wobei sie zu Spitzenzeiten Strom aus dem Hauptnetz beziehen und zu Schwachlastzeiten überschüssigen Strom an das Hauptnetz zurücksenden. Wenn das Stromnetz umgeschaltet wird, wird dessen Verfügbarkeit nicht beeinträchtigt. Wenn Batteriespeicher hinzugefügt werden, kann das Mikronetz isoliert und unabhängig im "Inselbetrieb" betrieben werden, wenn das breitere Versorgungsnetz ausfällt. Microgrids haben in den letzten Jahren an Dynamik gewonnen, was zum Teil auf das Potenzial zurückzuführen ist, die Effizienz kritischer Einrichtungen zu steigern. Zu diesen Einrichtungen gehören Kläranlagen, Trinkwassersysteme und Einrichtungen des Gesundheitswesens.

"Microgrid" ist ein Konzept, das mit dem traditionellen "großen Netz" verglichen wird. Es nutzt fortschrittliche Steuerungstechnik und leistungselektronische Geräte, um verteilte Energie mit der Last und Energiespeichern zu einem kompletten Miniaturnetz zu verbinden. Dieses "Miniatur"-Stromnetz ist ein komplettes Stromsystem von der Stromerzeugung über die Übertragung und Umwandlung bis hin zum Endverbraucher. Es kann nicht nur ein voll funktionsfähiges lokales Leistungsquellennetz bilden, sondern auch "allein" laufen, so dass es das Übertragungs- und Verteilungssystem nicht beeinträchtigt. Es kann auch über einen gemeinsamen Anschlusspunkt mit dem städtischen Stromnetz verbunden werden: Wenn die Stromversorgungsfunktion des Mikronetzes unzureichend ist, kann das große Stromnetz den Mangel ergänzen, und wenn die Stromerzeugung groß ist, kann der überschüssige Strom in das große Stromnetz zurückgespeist werden. Bei Bedarf kann zwischen den beiden Modi umgeschaltet werden, so dass der sichere und stabile Betrieb von Kleinstnetz und Großnetz gewährleistet ist.

CZusammenstellung von Insel Modus

Verteilte Technologien für erneuerbare Energien

Ob auf vorgelagerten Inseln, in abgelegenen Gebieten oder in dicht besiedelten Gebäuden, Gemeinden oder Fabriken, die Menschen werden zunehmend solche dezentralen Energieanwendungen sehen. So könnte beispielsweise ein Mikronetz aus verteilter Photovoltaik, Windkraft und Dieselgeneratoren den gesamten Energiebedarf von Fischern auf abgelegenen Inseln decken. So werden beispielsweise KWK und dezentrale Technologien für erneuerbare Energien in städtische Mikronetzsysteme integriert, um Bewohner und Unternehmen mit lokal erzeugtem und kostengünstigem Strom, Warmwasser und Kühlung zu versorgen. Dies ist zu einem großen Teil auf die Microgrid-Technologie zurückzuführen, die nicht mehr auf das zentralisierte Stromversorgungsmodell des städtischen Netzes beschränkt ist. Sie ermöglicht es auch, abgelegene Inseln, ländliche Gebiete und besondere Anforderungen außerhalb der Reichweite des städtischen Netzes zu realisieren. Dezentrale Energieversorgungssysteme können je nach individuellem Bedarf in der Nähe der Nutzer aufgebaut werden.

Als Integrator verschiedener dezentraler Energiequellen verfügt die "Microgrid"-Technologie über ein breites Spektrum an Entwicklungsmöglichkeiten und Anwendungsszenarien. In einem vollständigen Microgrid-System ist die verteilte Energie der Hauptbestandteil der Stromversorgung, und verschiedene Energiearten können zusammenarbeiten und sich gegenseitig ergänzen. Auf der Stromseite überwacht und steuert das System die Stromlast. Was das Steuerungssystem betrifft, so benötigt das Mikronetz eine interne Planung und externe Kommunikation, um ein hohes Maß an Autonomie zu erreichen. Kälte-, Wärme- und Stromspeicher machen Microgrids sicher und flexibel. Je nachdem, ob das Mikronetz an das große Netz angeschlossen ist oder nicht, kann das Mikronetz in einen netzunabhängigen und einen netzgekoppelten Typ unterteilt werden. Zu den Anwendungsszenarien des netzunabhängigen Mikronetzes gehört die Lösung von Stromproblemen auf Inseln und in abgelegenen Gebieten, während das netzgekoppelte Mikronetz die Sicherheit der Energieversorgung für die Nutzer gewährleistet und der vernetzte Betrieb auch die Wirtschaftlichkeit des gesamten Systems verbessern kann.

Dieselgeneratoren in einem Mikronetz

Große Entfernungen trennen unsere abgelegenen Gemeinden von ihren Nachbarn - und von den Energiesystemen, die für viele von uns selbstverständlich sind, wenn wir einen Schalter umlegen. Da abgelegene Gemeinden weder an die Erdgasinfrastruktur noch an das Stromnetz angeschlossen sind, müssen sie ihre eigene Energie erzeugen, indem sie Diesel (aus Erdöl gewonnen) verbrennen, um ihre Häuser und Gebäude zu heizen und ihre kleinen Mikronetze zu betreiben. Wie jedes andere Stromsystem erfordert der zuverlässige Betrieb eines Mikronetzes die exakte Abstimmung von Stromangebot und -nachfrage, und zwar jede Minute an jedem Tag. Um dieses Gleichgewicht zu erreichen, benötigen Microgrids nur eine geringe Energiemenge - in der Regel einen einzigen Dieselmotor. Im Gegensatz dazu sind größere Netze widerstandsfähiger und können plötzliche Nachfragespitzen oder unerwartete Stromausfälle besser bewältigen.

Die Aufrechterhaltung der Systemzuverlässigkeit rund um die Uhr hat für alle Stromnetzbetreiber oberste Priorität. Kontinuierliche (oder nicht intermittierende) Energiequellen wie Diesel und Wasserkraft liefern rund um die Uhr Energie. Im Gegensatz dazu liefern intermittierende Energiequellen wie Wind- und Solarenergie eine variable Leistung, was den Netzbetrieb für Microgrids in vielerlei Hinsicht erschwert. Dennoch gibt es viele erfolgreiche Beispiele für die Integration erneuerbarer Energien in abgelegenen Gemeinden, um hybride Mikronetze zu schaffen - und die Liste wird immer länger, da die Projekte beweisen, dass sie die Betriebskosten, die Kohlenstoffbelastung und die Abhängigkeit von importiertem Dieselkraftstoff verringern.

Der Einsatz von Dieselgeneratoren als Notstromquelle kann eine gute Option für Microgrids sein, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Unabhängig davon, ob Sie die Zuverlässigkeit Ihres Mikronetzes oder das Serviceniveau verbessern wollen, können Dieselgeneratoren eine effektive Lösung sein. Dieselmotoren verfügen über eine bewährte Technologie und können ein hohes Maß an Zuverlässigkeit bieten. Sie können auch eine Reservequelle für die Stromversorgung in Microgrids darstellen. Neben der Bereitstellung von Reservestrom können Dieselmotoren miteinander verbunden werden, um ein Lastausgleichssystem zu schaffen, das den Strom synchronisieren kann.

Erneuerbare Energien durchdringen Microgrids

Der Anteil der Energie aus erneuerbaren Quellen in einem hybriden Mikronetz wird als Durchdringungsgrad bezeichnet. Da die zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbaren Energieressourcen extrem vielfältig sind, können große Netzsysteme mit vielen verschiedenen Energiequellen große Mengen an intermittierender erneuerbarer Energie (80-100 %) verarbeiten. Im Gegensatz dazu liegt die derzeitige technische Grenze für die Durchdringung mit intermittierenden erneuerbaren Energien in dezentralen Mikronetzen ohne Speicherung bei etwa 20 bis 30 Prozent.

Hybride Mikronetze haben nur eine geringe Energiemenge zur Verfügung. Da die intermittierende erneuerbare Energie nicht gleichmäßig produziert wird, müssen Dieselgeneratoren ihre Leistung je nach der Menge der zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbaren erneuerbaren Energie erhöhen oder verringern. (Zur Erinnerung: Das Angebot muss immer genau der Nachfrage entsprechen.) Ältere Dieselgeneratoren arbeiten bei niedrigen Drehzahlen sehr ineffizient, so dass häufiges Hoch- und Runterfahren ihre Lebensdauer verkürzt und die Kosteneinsparungen durch den Betrieb von Microgrids mit erneuerbaren Energien untergräbt.

Die Lösung

Glücklicherweise gibt es neuere Technologien, die diese Probleme abmildern. Eine vielversprechende Technologie, die bei der Ersetzung älterer Dieselaggregate in Betracht gezogen werden sollte, ist der drehzahlvariable Generator (VSG). VSG erzeugen effizient Strom mit einer viel geringeren Rate als herkömmliche Generatoren, was bedeutet, dass sie weniger Diesel verbrauchen, wenn sie mit erneuerbaren Energien ergänzt werden. Außerdem ermöglichen VSG eine höhere Durchdringung mit erneuerbaren Energien bei maximalen Werten.

Eine weitere Technologie, die die intermittierenden erneuerbaren Energien ergänzt und den meisten Menschen bekannt ist, ist die Batteriespeicherung. In Verbindung mit Wind- oder Solarenergie können Batterien dazu beitragen, stündliche oder tägliche Schwankungen in der Energieerzeugung auszugleichen und den Stromfluss aufrechtzuerhalten, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht. Batterien können jedoch nicht genug Energie speichern, um längere saisonale Schwankungen der Energieversorgung zu bewältigen - zum Beispiel während des langen arktischen Winters, wenn es wenig Sonnenlicht gibt.

Die Rolle von mehr erneuerbarer Energie in Mikronetzen ist ebenfalls wichtig. Wenn die Energienachfrage im Laufe des Tages schwankt, wird es schwieriger, Angebot und Nachfrage aufeinander abzustimmen, da die Menschen kochen, Geräte betreiben und elektrische Heizungen verwenden. Eine Senkung der Gesamtnachfrage durch Energieeffizienz und eine gleichmäßigere Verteilung der Nachfrage über den Tag durch intelligente Netztechnologien können dazu beitragen, den Betrieb von Microgrids zu erleichtern.