Grundlagen der Energiespeicherung: Was ist ein Mikronetz?

1. Was ist ein Mikronetz?

Ein Mikronetz ist ein kleines Stromnetz, das aus verteilten Stromquellen, Lasten, Energiespeichern, Stromumwandlung und -verteilung sowie einem Steuerungssystem besteht.

Trotz seiner geringen Größe verfügt ein Mikronetz über alle notwendigen Funktionen. Es handelt sich um ein autonomes Energiesystem mit Selbststeuerung, Schutz und Verwaltung. Es verfügt über vollständige Funktionen zur Stromerzeugung, -verteilung und -nutzung und optimiert so effektiv die Energienutzung im Netz.

2. Was ist der Unterschied zwischen einem Mikronetz und einem großen Stromnetz?

Ein Mikronetz ist kein „Miniatur-Großstromnetz“. Es ist vielmehr ein Konzept, das sich an das herkömmliche Großstromnetz anlehnt. Herkömmliche Großstromnetze basieren hauptsächlich auf Einwegkommunikation, bei der der Strom schichtweise über Übertragungsleitungen von den Kraftwerken zu den Verbrauchern fließt. Mikronetze hingegen nutzen ein Zweiwege-Kommunikationsmodell, das lokale Stromerzeugung und -verteilung ermöglicht und so die Energieeffizienz maximiert.

Microgrids unterscheiden sich in Funktion, Aufbau und Betrieb deutlich von herkömmlichen großen Stromnetzen:

■ Mikronetze basieren in erster Linie auf verteilten Stromquellen und nutzen Energiespeichersysteme und Steuergeräte zur Regelung der Lastnachfrage.

■ Microgrids ermöglichen einen unabhängigen Netzbetrieb. Bei einem Ausfall des Hauptnetzes können sie sich schnell vom Hauptnetz trennen und kritische Verbraucher weiterhin autark versorgen.

■ Bei der Planung und Gestaltung von Mikronetzen geht es in erster Linie darum, den optimalen Systemaufbauplan auf Grundlage des umfassenden Energieverbrauchs, der Ressourcenverteilung und der vorhandenen Netzwerkbedingungen zu ermitteln und so wirtschaftliche, zuverlässige und umweltfreundliche Stromanforderungen zu erfüllen.

Daher bieten Mikronetze neue Lösungen im Hinblick auf Energieeinsparung, Umweltschutz, Kostensenkung und Effizienzsteigerung.

3. Warum Mikronetze bauen, wenn die traditionelle Technologie zum Bau von Hauptnetzen bereits weit ausgereift ist?

Durch den Aufbau von Mikronetzen können neue Energien effektiv aufgenommen und die wichtigsten Herausforderungen im Zusammenhang mit dem netzgekoppelten Betrieb verschiedener verteilter Stromquellen bewältigt werden.

Erneuerbare Energien Energiequellen wie Solar- und Windenergie sind stark schwankend und unzuverlässig und werden stark von der Umgebung beeinflusst. Spannungs- und Frequenzinstabilitäten sind häufig, was das öffentliche Stromnetz stark beeinträchtigen kann. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass die Integration dezentraler Stromquellen in Form von Mikronetzen und die Unterstützung des öffentlichen Stromnetzes eine effektive Möglichkeit ist, die Effizienz dezentraler Stromquellen zu maximieren. Mikronetze und große Stromnetze ergänzen sich gegenseitig und können insbesondere in Gebieten, die nicht von großen Stromnetzen abgedeckt sind, eine größere Rolle spielen, um die Defizite großer Stromnetze auszugleichen.

4. Welche Funktionen haben Mikronetze?

■ Lokaler Verbrauch verbessert die Energieeffizienz. Mikronetze nutzen dezentrale Energiequellen wie Erdgas, Photovoltaik und Windkraft. Mikronetze verfügen typischerweise über eine geringere Kapazität, verteilte Stromquellen und befinden sich in der Nähe der Verbraucher. Dies ermöglicht lokalen Verbrauch und den Ausgleich dezentraler Energieressourcen. Sie können auch Energie mit dem Hauptnetz austauschen und sich so gegenseitig unterstützen.

■ Die Einzelpunktverbindung reduziert die Auswirkungen auf das Hauptnetz. Der Energieaustausch zwischen Mikronetz und Netz erfolgt über einen gemeinsamen Anschlusspunkt, wodurch eine direkte Verbindung zwischen mehreren verteilten Stromquellen überflüssig wird. Mikronetze liefern Strom in erster Linie innerhalb einer Region, ohne oder mit minimaler externer Stromübertragung, was zu vernachlässigbaren Auswirkungen auf das Netz führt.

■ Verbessern Sie die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und decken Sie Ihren Energiebedarf. Mikronetze nutzen fortschrittliche Steuerungsmethoden und zahlreiche Leistungselektronikgeräte, um verteilte Stromquellen, Energiespeicher und steuerbare Lasten zu verbinden und so zu einer steuerbaren Last im Netzsystem zu werden. Sie können sowohl netzgekoppelt als auch unabhängig betrieben werden und gewährleisten so den sicheren und stabilen Betrieb sowohl des Mikronetzes als auch des Hauptnetzes.

5. Welche verschiedenen Arten von Mikronetzen gibt es?

Makroökonomische Klassifizierung: Mikronetze werden grob in zwei Typen eingeteilt: eigenständige und netzgekoppelte.

① Inselnetze werden unabhängig vom externen Netz aufgebaut und betrieben. Sie gewährleisten ein Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -versorgung innerhalb des Mikronetzes und gewährleisten so die Stabilität der netzgekoppelten Stromversorgung.

② Netzgekoppelte Mikronetze arbeiten in Verbindung mit dem externen Netz. Bei einem Ausfall des externen Netzes müssen sie vom Netz getrennt werden, um die Stromversorgung und die Energiespeichersysteme innerhalb des Netzes zu steuern und so die normale Stromversorgung kritischer Lasten sicherzustellen.

Mikroökonomische Klassifizierung: Mikronetze lassen sich in die folgenden fünf Typen unterteilen:

① DC-Mikronetz: Dezentrale Stromquellen, Energiespeicher und Verbraucher sind an den Gleichstrombus angeschlossen. Das Gleichstromnetz wird über leistungselektronische Wechselrichter mit dem externen Wechselstromnetz verbunden. Mithilfe leistungselektronischer Wandler können DC-Mikronetze Wechsel- und Gleichstromverbraucher unterschiedlicher Spannung mit Strom versorgen. Energiespeicher können Schwankungen der dezentralen Stromquellen und Verbraucher auf der Gleichstromseite ausgleichen.

② AC-Mikronetz: Verteilte Stromquellen, Energiespeicher und Verbraucher sind über Leistungselektronik mit dem AC-Bus verbunden. AC-Mikronetze sind derzeit die vorherrschende Form. Durch die Steuerung von Schaltern am PCC können Mikronetze zwischen netzgekoppeltem und Inselbetrieb wechseln.

③ AC/DC-Hybrid-Mikronetze: Diese enthalten sowohl AC- als auch DC-Sammelschienen und können daher sowohl AC- als auch DC-Lasten direkt versorgen.

④ Mittelspannungs-Verteilungszweig-Mikronetze: Diese integrieren effektiv verteilte Stromquellen und Lasten auf Basis von Mittelspannungs-Verteilungszweigen. Sie eignen sich für die Versorgung von Gebieten mit mittlerer Kapazität, hoher Zuverlässigkeit und konzentrierter Nutzung.

⑤ Niederspannungs-Mikronetze: Diese integrieren verteilte Stromquellen und Lasten auf Niederspannungsebene. Diese Mikronetze gehören in der Regel Strom- oder Energieverbrauchern und sind relativ klein.

6. In welchen Szenarien können Mikronetze eingesetzt werden?

Mikronetze sind derzeit überwiegend netzgekoppelt und haben eine Vielzahl von Bezeichnungen. Jeder Bezeichnungsname entspricht tatsächlich einem Betriebsszenario, wie z. B. „Quelle, Netz, Last und Speicherintegration“, „Photovoltaik-Speicherung und -Ladung (Entladung/Inspektion)“, „Photovoltaik-Speicherung und -Daten“, „CO2-neutraler Industriepark“ usw.; doch egal wie sie sich ändern, sie alle basieren auf einem relativ geschlossenen Park/einer Gemeinde/einem Gelände/einer Tankstelle/Ladestation/einem Rechenzentrum. Kombiniert mit dem Stromlastniveau des Szenarios, den umgebenden Bedingungen der neuen Energieentwicklung und den Stromnetzbedingungen, entsteht ein stabiles und zuverlässiges regionales Gesamtsystem. intelligentes Energiemanagementsystem wird durch den Neubau verteilter neuer Energie, neuer Energiespeicher, leistungselektronischer Geräte und anderer Geräte gebildet.