Stromflüssen auf der Spur - Projekte zur Simulation von Verteilnetzen - Adaptricity
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TECHNOLOGIE VERTEILNETZE
TECHNOLOGIE RÉSEAUX DE DISTRIBUTION
Stromflüssen auf der Spur
Projekte zur Simulation von Verteilnetzen
Früher waren die Elektrizitätswerke zufrieden, wenn ihre nach Merkmalen ordnen können, z.B.
Verteilnetze alle Kunden erreichten und die Kabel den nach ähnlichen Charakteristiken des
Stromverbrauchs («Lastprofilen»). In ei-
Leistungsanforderungen genügten. Heute wollen Strom-
nem zweiten Schritt wird dann versucht,
versorger exakt wissen, was in ihren weitläufigen Netzen aus einer Gruppe von Lastprofilen (z.B.
vorgeht, vor allem um erneuerbare Energien sicher eines Quartiers) Anforderungen an das
integrieren zu können. Dazu braucht es eine Messinfra- Verteilnetz (z.B. technische Anforderun-
struktur – und Simulationen, die Netze und Stromflüsse gen an eine Trafostation) abzuleiten. Die
Ergebnisse liefern, so die Hoffnung, Ener-
nachbilden. Das ETH-Spin-off Adaptricity hat sich auf die gieversorgern Erkenntnisse, die für den
Entwicklung von Verteilnetz-Simulationswerkzeugen Betrieb des Verteilnetzes von Interesse
spezialisiert. sein können, denn der Stromversorger
versteht besser, wo im Netz zu welcher
Zeit wie viel Strom gebraucht wird.
Durch einen Abgleich dieser Daten
Benedikt Vogel
mit anderen, öffentlich zugänglichen Da-
Smart Meter, wie sie heute oft in Hierbei werden die Daten pseudonymi- tenbanken wie beispielsweise der Gebäu-
Haushalten und Firmen eingebaut wer- siert verwendet. Dies bedeutet, dass kein dedatenbank des Bundesamts für Statis-
den, erfassen den Stromverbrauch typi- Zusammenhang zwischen dem Kunden tik können die bislang nur partiell vor-
scherweise im 15-Minuten-Takt und kön- und dem Datensatz hergestellt ist. Die handenen Datensätze der Smart Meter
nen die Messwerte an das lokale Elektri- Vorgehensweise entspricht somit den An- auf das ganze Stadtgebiet extrapoliert
zitätswerk übermitteln. Dieses benutzt forderungen des Datenschutzes und er- werden. Der Energielieferant kann auf
die Daten der «intelligenten» Stromzäh- laubt keine Rückschlüsse auf das Verhal- der Basis dieser Analysen bzw. aus dem
ler zur Erstellung der Stromrechnung. ten bestimmter Kunden. Es geht vielmehr Vergleich mit früheren Daten genauere
Versorger können mit den Daten zudem darum, genauere Informationen über die und gezieltere Verbrauchsprognosen für
den Betrieb ihrer Verteilnetze optimie- Auslastung des Verteilnetzes zu erhalten. den Folgetag erstellen. «Vorhersagen für
ren. Basel gehört neben Arbon (TG) zu «Wir wollen auf der Grundlage der den Verbrauch des gesamten Verteilnet-
den wenigen Regionen, die heute schon Smart-Meter-Daten Analysen des Verteil- zes sind zwar schon seit Langem mög-
grossflächig mit Smart Metern ausgerüs- netzes erstellen», sagt Dr. Stephan Koch, lich», sagt Stephan Koch, «aber dank
tet sind. Erik Rummer, Mediensprecher 35-jähriger Mitbegründer von Adaptri- unserer Simulation werden solche Vor-
des Basler Energieversorgers IWB, sieht city, einem Spin-off der ETH Zürich. aussagen jetzt auf der Ebene einer Trafo-
Vorteile für Kunden und Stromversorger: Adaptricity hat Verfahren entwickelt, station, also für ein Gebiet von zirka 100
«Kunden, die noch einen alten Strom- die die Datensätze von Smart Metern Haushalten, möglich.» Diese Prognose-
zähler haben, fordern wir einmal im Jahr
auf, den Zählerstand abzulesen und an Alpiq InTec
uns zu übermitteln. Diesen Aufwand
können sich Kunden mit einem Smart
Meter sparen», sagt Rummer und er-
gänzt: «Uns als Energieversorger ermög-
lichen Smart Meter künftig eine bessere
Sicht auf die Netzsituation.»
Netzanalyse mit
Smart-Meter-Daten
Smart Meter versprechen also Strom-
kunden wie Energieversorgern einen
Mehrwert. Wie der Nutzen konkret aus-
sieht, ist heute allerdings erst ansatzweise
erkennbar. Viele Energieversorger klären
zurzeit darum ab, wie sich Smart-Meter-
Daten für den Betrieb des Verteilnetzes
nutzen lassen. Im Rahmen eines gemein-
samen Pilotprojektes mit IWB analy-
sierte die Zürcher Firma Adaptricity Da- Bild 1 Die GridSense-Technologie steuert die Lasten so, dass das Verteilnetz möglichst optimal
tensätze, um mehr über den genauen ausgelastet ist. Die GridSense-Unit wird zwischen den zu steuernden Gebäudetechnik-Geräten und
Lastverlauf in Verteilnetzen zu erfahren. der Stromzuleitung installiert.
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netzbetreibern eine umfassende IT-ge-
Alpiq InTec
stützte Entscheidungshilfe für Netzpla-
nung und -management zur Verfügung
stellen. Zudem sollen die Produkte beim
Nachweis der Notwendigkeit von Aus-
baumassnahmen gegenüber den Auf-
sichtsbehörden Anwendung finden. Bis
zum kommerziellen Erfolg braucht Ad-
aptricity einen langen Atem. Gegenwär-
tig wird das Unternehmen noch durch
Kooperationsprojekte mit der ETH Zü-
rich und anderen Forschungspartnern
finanziert. Um auf dem Markt zu reüssie-
ren, hat das Management die Firma vor
Kurzem in eine Aktiengesellschaft umge-
wandelt und sucht zurzeit einen Investor
für die Finanzierung des Wachstums.
Das Zürcher Jungunternehmen ist
charakteristisch für einen sich wandeln-
Bild 2 Eines der 40 Einfamilienhäuser im solothurnischen Riedholz, wo in einem Pilotversuch ge- den Energiemarkt. Der Ausbau der de-
testet wird, wie sich die Belastung des Verteilnetzes dank «kluger» Steuerung der Verbraucher opti- zentralen Stromerzeugung beispiels-
mieren lässt. weise mit Photovoltaik-Anlagen stellt
die Betreiber von Verteilnetzen vor neue
genauigkeit eröffne den Stromversorgern trische Energieübertragung und Hoch- Herausforderungen. Sie müssen sicher-
interessante neue Optionen, ist Koch spannungstechnik (EEH) der ETH Zü- stellen, dass die dezentrale Einspeisung
überzeugt. Netzbetrieb, Ausbau und War- rich. Dort entwickelte er zusammen mit die Netze nicht aus dem Lot bringt. Die
tung liessen sich genauer planen, eben- seinen zwei Kollegen Dr. Andreas Ulbig Verstärkung – also der Ausbau – der
falls die Beschaffung von elektrischer und Dr. Francesco Ferrucci die Simula- Netze ist nur eine Option. Die Überlas-
Energie am Strommarkt, so Koch. tionssoftware. Anfang 2014 gründeten tung der Netze lässt sich produktionssei-
die Forscher das Spin-off Adaptricity. tig vermeiden durch temporäre Abrege-
Verteilnetze im Lot halten Unterdessen besteht die Firma aus einem lung von PV- oder Windkraftwerken.
Stephan Koch hat in Stuttgart Rege- Team von (meist in Teilzeit tätigen) 15 Auf Seiten der Konsumenten kann der
lungstechnik studiert. Für seine Doktor- Softwareentwicklern und Verkaufsprofis. Stromkonsum zeitlich verschoben wer-
arbeit wechselte er an das Labor für elek- Mittelfristig will Adaptricity den Verteil- den (Demand Side Management resp.
Adaptricity
Cluster 0 (3366 SMs) Cluster 1 (998 SMs) Cluster 3 (1011 SMs)
1 1 1
0,8 0,8 0,8
0,6 0,6 0,6
0,4 0,4 0,4
0,2 0,2 0,2
0 0 0
00 06 12 18 00 00 06 12 18 00 00 06 12 18 00
Hours Hours Hours
Cluster 4 (1435 SMs) Cluster 8 (2481 SMs) Cluster 10 (2053SMs)
1 1 1
0,8 0,8 0,8
0,6 0,6 0,6
0,4 0,4 0,4
0,2 0,2 0,2
0 0 0
00 06 12 18 00 00 06 12 18 00 00 06 12 18 00
Hours Hours Hours
Bild 3 Jede Grafik zeigt die Messwerte von knapp 1000 bis gut 3000 Smart Metern. Dank der Kombination von Smart-Meter-Daten («Clustering») ge-
lingt es Adaptricity, heterogene Lastprofile zu strukturieren, zu analysieren und in die Zukunft zu extrapolieren.
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weil zwischen der Trafostation und dem
Adaptricity/Bearbeitung B. Vogel
Wohnquartier eine relativ grosse Distanz
von mehreren Hundert Metern liegt. Das
macht das Netz anfälliger für Spannungs-
probleme durch PV auf dem Hausdach,
als wenn die dezentrale Erzeugung nahe
am Trafo angeschlossen wird», sagt
Koch. Nach einer Pilotanwendung in
Biel-Benken (BL) im EBM-Netz mit vier
Häusern ist SoloGrid der erste grössere
Testlauf für die GridSense-Technologie.
Automatisierte
Verteilnetzplanung
Die zeitliche Verschiebung von Las-
Cluster 0 (Lastprofile von 6885 Smart Metern) ten ist nur eine Möglichkeit, um Strom-
Cluster 1 (Lastprofile von 1037 Smart Metern)
Cluster 2 (Lastprofile von 1794 Smart Metern) verteilnetze für die künftigen Herausfor-
Cluster 3 (Lastprofile von 6449 Smart Metern)
derungen fit zu machen. Welche Kon-
Cluster 4 (Lastprofile von 7458 Smart Metern)
Cluster 5 (Lastprofile von 3661 Smart Metern) zepte für ein bestimmtes Netzgebiet am
besten geeignet sind, müssen Netzplaner
entscheiden. Möglicherweise nimmt ih-
Bild 4 Die in der Stadt Basel installierten Smart Meter ordnet Adaptricity mit ihrer Software-Lösung nen aber auch künstliche Intelligenz
auf Basis gleichartiger Lastprofile zu Clustern, die nach verschiedenen Kriterien gebildet werden und mathematische Optimierung diese
können. In den Quartieren der Stadt Basel sind diese sechs Lastprofil-Typen unterschiedlich stark
vertreten (Rechteck 1: Neubad-Quartier). Wenn der Basler Energieversorger IWB weiss, in welchem Technologie
Quartier welcher Lastprofil-Typ wie stark vertreten ist, hilft ihm das bei der Optimierung des Verteil-
Funktionsweise der Software
netzes.
Die Software DPG.sim (Distributed Prosu-
mer and Grid Simulation) der Firma Adap-
Demand Response). Abhilfe können der Smart Grid im Realitätstest
tricity ermöglicht die virtuelle Nachbildung
Bau von dezentralen Netzbatterien oder Eine Anwendung der Simulationssoft-
von Verteilnetzen. Die Simulationen bezie-
Anpassungen der Netzinfrastruktur ware testet Adaptricity zurzeit in der Ge-
hen sich typischerweise auf Netze, die ein
(z.B. regelbarer Ortsnetztransformator, meinde Riedholz bei Solothurn aus. Dort
Quartier oder eine Kleinstadt versorgen.
Blindleistungsregelung) schaffen. «Auch wurden im Frühjahr 2016 40 Einfami-
Mit einer solchen Simulation lässt sich das
wenn der Regulator zurzeit noch nicht lienhäuser und Wohnungen im Versor-
Verhalten eines Netzes nachvollziehen. Es
alle Möglichkeiten als Alternative zum gungsgebiet der AEK Energie AG mit
lässt sich ableiten, welche Auswirkung die
Netzausbau akzeptiert, ist absehbar, Geräten ausgerüstet, die Wärmepumpen,
Einspeisung einer PV-Anlage auf jeden
dass eine gut durchdachte Kombination Elektroboiler und Ladestationen zeitlich
Netzknoten hat oder wie gross Batterie-
der verschiedenen Smart-Grid-Techno- so steuern, dass das Verteilnetz stets op-
speicher dimensioniert werden müssen, um
logien entscheidende Kostenvorteile timal ausgelastet ist. Die Geräte basieren
das Netz zu stabilisieren. Es können auch
hat. Für jeden Verteilnetzbereich muss auf der GridSense-Technologie der Alpiq
Endkundenmodelle erstellt werden, die zei-
separat entschieden werden, welche Op- InTec AG – eine von mehreren Smart-
gen, wann ein Eigenheimbesitzer mit einer
tion die beste Lösung ist. Unsere Soft- Grid-Technologien, die zurzeit in der
PV-Anlage seine Wärmepumpe betreiben
ware hilft den Netzplanern, die richtige Schweiz in Pilotprojekten getestet wer-
muss, um den Eigenverbrauch zu maximie-
Wahl zu treffen und den Netzausbau, den (siehe Fachartikel «Augen im Strom-
ren.
sofern nötig, möglichst schlank zu hal- netz», Bulletin SEV/VSE 5/2016, S. 31).
Simulationen von Adaptricity arbeiten nicht
ten», sagt Koch. Das Projekt unter dem Namen SoloGrid
mit Echtzeit-Daten, sondern mit histori-
wurde vom BFE als Leuchtturmprojekt
schen Daten bzw. statistisch generierten
ausgezeichnet. Landis + Gyr steuert die
Daten. Die Simulationen bilden zwar das
Finanzierung Messinfrastruktur zu dem 18-monatigen
Verteilnetz nach, nicht aber die Ener-
Vorhaben bei, das BFE sowie der Kanton
Unterstützung durch BFE gieflüsse innerhalb eines Hauses, einer
Solothurn leisten finanzielle Unterstüt-
Das Projekt SoloGrid gehört zu den Projek- Wohnung oder eines Unternehmens. Hierin
zung.
ten, mit denen das Bundesamt für Energie unterscheidet sich die Software von ande-
SoloGrid validiert die GridSense-
die sparsame Energieverwendung fördert ren Produkten wie Polysun, die das Energie-
Technologie für verschiedene Betriebssi-
und die Nutzung erneuerbarer Energien system innerhalb eines einzelnen Verbrau-
tuationen des Verteilnetzes und simuliert
vorantreibt. Das BFE fördert Pilot-, Demons- chers modelliert, also das Stromnetz und
einen flächendeckenden Rollout der de-
trations- und Leuchtturmprojekte mit 40% Heizungsstränge innerhalb eines Hauses
zentralen Steuerungseinheiten über grös-
der anrechenbaren Kosten. Gesuche können einschliesslich Produktions- und Ver-
sere Verteilnetzbereiche. Auch werden
jederzeit eingereicht werden. brauchsgeräten wie Wärmepumpe oder
Zukunftsszenarien mit einem grösseren
Weitere Informationen unter: Kühlschrank. (Siehe auch «Die richtige
Anteil von Einspeisungen aus dezentra-
www.bfe.admin.ch/pilotdemonstration und Batterie für Selbstversorger» unter
len Kraftwerken modelliert. «Das Projekt
www.bfe.admin.ch/leuchtturmprogramm www.bfe.admin.ch/CT/strom).
bietet eine interessante Ausgangslage,
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die Kosten (für den Netzausbau) im Nor-
Adaptricity
a malfall auf das Netzentgelt geschlagen
100
werden können. Doch haben viele Netz-
80 betreiber von sich aus die Grundhaltung,
ein schlankes Netz zu bauen», sagt
Power / kW
60 Koch. Die Netzbetreiber müssen sich
hier aber ohnehin wappnen, denn die
40
nächste Revision des Stromversorgungs-
20 gesetzes könnte genau die von Koch ge-
nannten Anreize mit sich bringen. Auch
0
0 5 10 15 20 muss den Unternehmen an Geschäfts-
Time of day / h modellen gelegen sein, die durch kluge
b
Nutzung von Kundendaten in einer zu-
100 nehmend digitalisierten Netzinfrastruk-
tur einen Mehrwert generieren. «In die-
80
sem Umfeld positioniert sich Adaptricity
Power / kW
60 als innovativer Technologieprovider, um
die Strombranche auf dem Weg in die
40 Digitalisierung zu begleiten», sagt Ste-
20
phan Koch.
0 Literatur
0 5 10 15 20
■ Weitere Fachbeiträge über Forschungs-, Pilot-,
Time of day / h
Demonstrations- und Leuchtturmprojekte im
Bereich Netze finden Sie unter
Bild 5 Stromverbrauch für 100 synthetisch generierte Haushalte: Oben wird der Verbrauch im Mi- www.bfe.admin.ch/CT/strom.
nutentakt erhoben, unten – wie bei Smart Metern üblich – im Viertelstundentakt. Der 15-Minuten- ■ Schlussbericht zum IWB-Projekt: www.aramis.
takt führt zu einer deutlichen Vergleichmässigung der Kurve und einer Senkung des gemessenen admin.ch/Grunddaten/?ProjectID=35398
Leistungsmaximums. Die charakteristische Form des Lastprofils bleibt aber erhalten.
Links
■ www.sologrid.ch
Entscheidung ab. In diese Richtung ar- ber haben hier vermutlich mehr Ent- ■ www.adaptricity.com
beitet Adaptricity in einem Projekt der scheidungsspielraum, da die Schweizer
Kommission für Technologie und Inno- Verteilnetze robust ausgestattet sind und Autor
vation (KTI). Als Studienobjekt dient der Ausbau der dezentralen Energieer- Dr. Benedikt Vogel, Wissenschaftsjournalist, im Auf-
u.a. das Niederspannungsnetz der Elek- zeugung weniger schnell vorangeht als trag des Bundesamts für Energie (BFE).
Dr. Vogel Kommunikation, DE-10437 Berlin
trizitätswerke des Kantons Zürich zum Beispiel in bestimmten Regionen vogel@vogel-komm.ch
(EKZ) in Dietikon. Dort wird am kon- Deutschlands. «Finanzielle Anreize, ein
Auskünfte zu den vom BFE unterstützten Projekten er-
kreten Beispiel untersucht, wie Verteil- dynamisches, schlankes Netz zu bauen, teilt Dr. Michael Moser (michael.moser@bfe.admin.ch),
netzbetreiber mit der wachsenden Zahl sind in der Schweiz noch nicht da, weil Leiter des BFE-Forschungsprogramms Netze.
von PV-Anlagen und dem Bau von Park-
häusern für Elektrofahrzeuge umgehen
Résumé
können. Das zweijährige KTI-Projekt Sur la trace des flux de courant
möchte nun bis Herbst 2016 klären, mit Projets pour la simulation de réseaux de distribution
welchen Smart-Grid-Technologien sich Autrefois, les entreprises électriques étaient satisfaites lorsque leurs réseaux de distribution
im konkreten Einzelfall ein Netzausbau atteignaient tous les clients et lorsque les câbles suffisaient à répondre aux exigences en
umgehen liesse. Mittel zum Zweck ist termes de puissance. Aujourd’hui, les fournisseurs d’électricité veulent savoir exactement ce
eine IT-Lösung, welche die optimierte qu’il se passe sur leurs réseaux, avant tout pour pouvoir intégrer les énergies renouvelables
Investitionsentscheidung in der Verteil- en toute sécurité. Ceci requiert une infrastructure de mesure et des simulations qui repré-
netzplanung unterstützt. Neben KTI sentent les réseaux et les flux de courant.
und Adaptricity sind die Firma Embo- Le spinoff de l’ETH Adaptricity a élaboré des processus capables de classer les données des
tech, die Technologietransfer-Institution smart meters par caractéristiques, par exemple sur la base de caractéristiques de consomma-
Inspire AG und die ETH Zürich an dem tion électrique similaires (« profils de charge »). Un groupe de profils de charge, d’un quartier
Projekt beteiligt. par exemple, permet de déduire les exigences auxquelles le réseau de distribution est soumis.
Die Aufrüstung der Verteilnetze zu Les résultats fournissent des informations utiles pour l’exploitation du réseau de distribution
Smart Grids ist heute in aller Munde. aux fournisseurs d’énergie. La comparaison de ces données avec d’autres banques de
Welche Geschäftsmodelle daraus für in- données accessibles au public permet d’extrapoler les données des smart meters, partielle-
novative Dienstleister wie Adaptricity ment disponibles jusqu’à présent, à toute la ville. Elle permet ainsi de prévoir avec plus de
erwachsen, müssen die nächsten Jahre précision la consommation du jour suivant. No
zeigen. Die Schweizer Verteilnetzbetrei-
48 Bulletin 10 / 2016
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