Abbildung 1 - Schematische Darstellung des Netzgebietes der Stadtwerke Landau a.d.Isar (im Bild: Robert Damböck, Stellv. Werkleiter
Stadtwerke Landau an der Isar nutzen das Digitale Netzabbild zur Netzoptimierung
Mit der Verantwortung für Wasser, Strom, ÖPNV, Abwasser, Gas, öffentliches Schwimmbad, Glasfasernetz und seit 2023 auch für Nahwärme haben ca. 40 Mitarbeiter der Stadtwerke Landau a.d.Isar ein großes Arbeitspensum täglich abzuarbeiten. Deshalb unterstützen digitale Werkzeuge bereits seit längerem die tägliche Arbeit.
Natürlich wurde frühzeitig auch der Frage nachgegangen, wie mit digitaler Unterstützung auch die komplexen Aufgaben im Stromnetzbetrieb optimiert werden können. Bereits im Jahr 2018 gingen deshalb GridData und Stadtwerke Landau a.d.Isar im Projekt Net2DG mit weiteren Partnern dieser Frage nach. Die Ergebnisse waren überzeugend und so wurde unter Führung von Robert Damböck, stellvertretender Werkleiter der Stadtwerke, beschlossen, den GridData DigitalTwin zunächst in einer Pilotinstallation intensiv zu testen. Nach erfolgreichem Abschluss der Pilotinstallation wurde der Roll-out des DigitalTwin auf das gesamte Mittelspannungsnetz im Jahr 2022 beschlossen und umgesetzt.
Die Komplexität der Verteilnetze nimmt weiter zu
Die Bewältigung des Klimawandels hat großen Einfluss auf die Struktur von Stromverteilernetzen. Der Anschluss von Ladestationen, Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen, Speichern und dergleichen, führt zu erheblichen strukturellen Veränderungen. Gleichzeitig steht die Zuverlässigkeit der Energiebereitstellung an erster Stelle. Prozesse müssen neu gedacht und das Netz und sein Verhalten müssen genau verstanden und sowohl kurzfristig (§14a EnWG) als auch langfristig (Investitionsplanung) vorhergesagt werden.
Dazu steht eine Vielzahl von Daten aus dem Stromnetz zur Verfügung. Es seien hier genannt:
- Schalterstellungen
- Messwerte von Schutzgeräten
- Messwerte von Trafos
- Messwerte von NS Abgänge
- Lastgänge von Lastgang-Zählern
- Informationen von intelligenten Messsystemen
- Lokale PQ Messungen
Abbildung 2 - Schematische Darstellung der zunehmenden Komplexität im Stromnetz
Abbildung 2 - Musterlastgang der Stadtwerke Landau a.d.Isar an der Übergabe zum vorgelagerten Stromnetz
Aber wie sollen die Daten genutzt werden? Wo werden sie gebraucht? Wie werden sie verwaltet?
Hier kommt das Konzept des digitalen Netzzwillings ins Spiel, wie er von GridData mit dem DigitalTwin entwickelt wird. Mit dem Data Fusion Hub können alle netzbezogenen Daten integriert und einer zuverlässigen Verarbeitung, harmonisierten Visualisierung und wo notwendig, weiteren Softwarekomponenten wie einem Abrechnungssystem in konsistenter Art zugeführt werden. Dabei stehen die Korrektheit und die Sicherheit der Daten immer im Vordergrund.
Bei den Stadtwerken Landau a.d.Isar dient deshalb der digitale Zwilling als Datensammler, zur Modellierung des Stromnetzes, zur Visualisierung und als Werkzeug in Netzbetrieb und Netzplanung.
Klare Mehrwerte mit dem DigitalTwin im täglichen Einsatz
Drei Nutzungsoptionen zeigen den Einsatz des DigitalTwin in Landau.
- Netzplanung
- Fehlerdiagnose
- Blindleistungsanalyse
Network Planning
Die heute noch weit verbreitete worst-case Planung gibt häufig zu pessimistische Informationen über die verfügbare Netzkapazität, gerade im Hinblick auf die anstehenden Flexibilitätsanforderungen durch das Prosumer-Verhalten der angeschlossenen Haushalte oder Firmenkunden. Dadurch wird Investbudget gebunden und eine optimale Netzentwicklung ist nicht möglich.
Im Gegensatz dazu können ein Gesamtlastprofil am Trafo und die Leitungsauslastung berechnet werden durch
- PV Profile aus Messdaten abgeleitet und extrapoliert,
- Analyse basierend auf historischen Messdaten,
- Berücksichtigung neuer Erzeugungsanlagen/Lastverhalten und
- Berücksichtigung von Topologieveränderungen,
- Deriving voltage profiles from distributed loads & generators.
Mit diesen Daten ist eine Erhöhung der Netzkapazität von bis zu 200% möglich. Der Nutzen einer automatisierten Netzplanung basierend auf kontinuierlich ausgelesenen Echtdaten ist also eine transparente Netzplanung für kosteneffizientes Planen und eine Beschleunigung der Planungsprozesse.
Optimierte Planung
Fehlerdiagnose
Mit zunehmender Komplexität des Stromnetzes nimmt auch die Zahl möglicher Fehlerquellen zu, z. B. beim Einbau vom Messwandlern Der schnelle Zubau von PV-Anlagen führt zu erhöhten Strömen und Leistungen, die eine Kontrolle der Messwerte erforderlich machen, wie bei einem Sicherungsfall in einer Trafostation deutlich wurde.
Auch die Zeitsynchronisation ist zu beachten, um bei Messwerten tatsächlich Äpfel mit Äpfeln zu vergleichen und fehlerhafte Messwerte zu vermeiden.
Ein automatisierter Prozess zur Erkennung fehlerhafter Daten, ihrer Herkunft und der Fehlerursache spart viel Arbeit und erhöht die Zuverlässigkeit des Netzmodells. So gewinnen einerseits Methoden zur Gewährleistung der Informationssicherheit (ISO 27001) auch im Verteilnetzbetrieb an Bedeutung. Andererseits können die in einem digitalen Zwilling verbauten Technologien entscheidend zur Erkennung von Fehlern und ihrer Ursachen beitragen. Dies gilt für die Integration des digitalen Zwillings in das Verteilnetz. Aber noch mehr für den laufenden Betrieb und die automatisierte Überprüfung der Messwerte.
Blindleistungsanalyse
Der größte Teil der kapazitiven Blindleistung kommt vom Umbau des Stromnetzes von Freileitungen auf Erdkabel. Bei einem sinnvollen Einsatz von Erzeugungsanlagen kann unerwünschte Blindleistung kompensiert werden.
Dazu müssen Daten aus dem Stromnetz bekannt sein und geeignet analysiert werden. Ein digitaler Zwilling schafft hierzu die geeignete Entscheidungsgrundlage.
Abbildung 5 - Vorstellung des Digitalen Zwillings in Rahmen eines Workshops
Der Start ist gemacht – wachsende Bedeutung der Digitalisierung im Netzbetrieb
Das Resümee aus Sicht von Robert Damböck ist klar:
- Im Bereich der EVUs wird ein effizientes und kundenorientiertes Handeln immer wichtiger.
- Dezentrale Erzeugung und Elektromobilität werden nicht erst kommen – sie sind schon da!
- Deshalb ist es unverzichtbar, Intelligenz ins Stromnetz zu bringen und so weiter eine sichere und effiziente Versorgung unserer Kunden zu gewährleisten!
Dieses Projekt wird im Zuge des Renewable-Energy-Solutions-Programms der Exportinitiative Energie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.
Interview im Mai 2024 in Plattling anlässlich des Workshops „Sicherheit und Zuverlässigkeit im Stromverteilnetz“
Teilnehmer:
- Stadtwerke Landau a.d. Isar Mr. Damböck
- GridData Mr. Lichtmannegger Mr. Schwefel Mr. Eichelseder