Smartere Verteilnetze durch Digitalisierung

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Die Energieversorgung ist und bleibt in mehrfacher Hinsicht ein hochaktuelles Thema für den VDE – seit einigen Jahren im Zusammenhang mit der für das Erdklima notwendigen Dekarbonisierung, seit Anfang 2022 auch im Zusammenhang mit den Verwerfungen, die durch den russischen Angriffskrieg auf die Ukraine ausgelöst wurden. Der Fachvortrag auf der Mitgliederversammlung 2022 war in diesem Kontext angesiedelt. Prof. Dr. Andreas Ulbig nahm die Teilnehmer mit bei seinem Vortrag „Smartere Verteilnetze durch Digitalisierung“. Prof. Ulbig hat einen eindrucksvollen internationalen Werdegang hinter sich. Nach seinem Studium, das ihn an die TU Hamburg, die Universität Stuttgart, die École supérieure d’électricité (Supélec) Paris und an das California Institute of Technology führte, war er Doktorand und später Oberassistent und Dozent am Power Systems Laboratory der ETH Zürich. Daneben ist er Mitgründer der Firma Adaptricity in den Themenfeldern Smart Grid und Digitalisierung von Netzbetrieb. Seit 2021 leitet Prof. Ulbig den Lehrstuhl für Aktive Energieverteilnetze am Institut für Elektrische Anlagen & Netze, Digitalisierung & Energiewirtschaft, also dem „neuen“ IAEW der RWTH. Daneben leitet er eine Forschungsgruppe am Fraunhofer Zentrum für Digitale Energie. Mittlerweile wurde er für die Zeit ab dem 1.1.2023 in den Vorstand der ETG im VDE gewählt.

Im Vortrag stellte Prof. Ulbig zunächst die neue Struktur des IAEW und seiner Arbeitsgruppen vor. Der Lehrstuhl für Aktive Energieverteilnetze beschäftigt sich vor allem mit der Planung und dem datengetriebenen Betrieb von Energieverteilnetzen, der Koordination dezentraler Flexibilität in lokalen Märkten und Quartieren, der Entwicklung von Digitalisierungs- und Cyber-Sicherheitskonzepten für Energiesysteme und der Entwicklung innovativer Schutzkonzepte und Stabilitätsuntersuchungen. Neben der Forschung werden durch Prof. Ulbig auch neue Akzente in der Lehre an der RWTH gesetzt, so zum Beispiel durch die neuen Lehrveranstaltungen „Elektrische Verteilnetze & SmartGrids“, „Multi Energiesysteme“ und „Digitalisierung in Energieverteilnetzen“.  Im technischen Teil des Vortrags ging es um die Analyse und die Steuerung von Stromverteilnetzen. Traditionell gab es für Netzbetreiber auf dieser unteren Ebene wenig Zugriff auf Informationen. Während die Hochspannungs-Übertragungsnetze von jeher gut überwacht wurden, gab es auf den unteren Spannungsebenen wenig Einblicke in Netzverhalten und Engpässe. Und das, obwohl die unteren Spannungsebenen wie die Hausverteilnetze den Löwenanteil der Netzelemente und Kabel-Kilometer beherbergen. Erst die Einführung von Smart Metern und Sensoren ermöglicht die Digitalisierung und die Transition zu einem aktiven Netzbetrieb, dem SmartGrid. Das SmartGrid erfordert einerseits Messungen durch den Einsatz digitaler Zähler (smart meters) und weiterer Sensoren an neuralgischen Punkten wie Trafos und Verteilkabinen, und andererseits Steuerung durch Aktoren im Netz und entsprechende Schaltbefehle. So kann in einem städtischen Verteilnetz mit den verteilten Sensoren und Smart Meters lokalisiert werden, wo der Energieverbrauch konzentriert ist, oder auch, wo über Photovoltaik-Anlagen Energie ins Netz eingespeist wird. Damit wird ein wesentlich besserer Einblick in den Netzbetrieb ermöglicht. Einerseits kann das Netz gemonitort und Probleme sofort erkannt, und andererseits können Lastflüsse und Energiebedarfe prädiktiv vorhergesagt werden. Damit können auch Investitionen in die Netzinfrastruktur technisch und kostenmäßig optimiert werden. Gegen Ende des Vortrags wurde das Thema der Sicherheit von Stromnetzen gegen Cyber-Attacken diskutiert. Auch hier ermöglichen SmartGrids, Angriffe frühzeitig zu erkennen, zu isolieren und damit die Auswirkungen einzugrenzen. Am Institut wurden für solche Untersuchungen Labor-Netze als Cyber Physical Twin aufgebaut, die das Experimentieren mit Cyber-Attacken ermöglichen, ohne ein echtes Netz zu gefährden. Die Umwandlung der traditionellen Verteilnetz hin zu SmartGrids hat begonnen, es ist aber noch ein weiter Weg zu gehen. Die Digitalisierung kann Netzplanung und betrieb kosteneffizienter machen, trotzdem liegt oft noch zu viel Fokus auf der zunächst notwendigen Investition und zu wenig auf dem langfristigen Effizienzgewinn. Umso wichtiger ist es, im Rahmen des VDE diese Ideen weiter voranzubringen. An den inspirierenden Vortrag von Prof. Ulbig schloss sich noch eine lange anhaltende Diskussion an, die beim anschließenden Networking in kleineren Gesprächsrunden fortgeführt wurde. (fh)

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