Mikronetze: Die Zukunft der lokalen Energie

Stell dir eine Welt vor, in der Energie smart und effizient ist. In dieser Welt tauchen überall kleine Stromsysteme auf, die Mikrogrids heissen, und saubere Energie liefern, während sie die Kosten niedrig halten. Denk an Mikrogrids wie an Mini-Kraftwerke, die alleine arbeiten oder sich mit dem grösseren Netz verbinden können. Sie nutzen eine Mischung aus Energiequellen, wie Sonne und Wind, um die Lichter am Laufen zu halten.

In diesem Text schauen wir uns an, wie diese Mikrogrids funktionieren, und konzentrieren uns auf zwei Arten: das eine, das alleine läuft, nennt sich Single-Bus-Mikrogrid, und das andere, das an das Hauptnetz angeschlossen ist, heisst Three-Bus-Mikrogrid. Wir werden nicht nur betrachten, wie sie Energie erzeugen, sondern auch, wie sie ihren Energieverbrauch optimieren.

#Was ist Economic Dispatch?

Economic Dispatch ist einfach ein schicker Begriff dafür, zu entscheiden, welche Energiequellen zu welchem Zeitpunkt genutzt werden, um die Kosten niedrig zu halten, während die Nachfrage gedeckt wird. Das ist wie die Wahl zwischen verschiedenen Pizzas, um deine Freunde zufriedenzustellen, ohne das Budget zu sprengen. Im Fall von Mikrogrids geht es darum, erneuerbare Quellen wie Solar- und Windenergie mit traditionellen Energiequellen wie Erdgas und Diesel ins Gleichgewicht zu bringen.

Im Grunde genommen ist das Ziel, die billigste Energie zu nutzen, die möglich ist, während wir alles erreichen, was wir brauchen. Die Analyse schaut sich verschiedene Zeiträume an – täglich oder wöchentlich – um die beste Mischung aus Energiequellen herauszufinden.

#Die zwei Mikrogrid-Konfigurationen

#Single-Bus-Mikrogrid

Das Single-Bus-Mikrogrid kann als eine gemütliche kleine Energiemgemeinschaft betrachtet werden. Es läuft unabhängig und bezieht Strom aus seinen internen Quellen, die Solarzellen, Windturbinen und Batteriespeichereinheiten sein können. Dieses Mikrogrid muss sich nicht um das grosse Netz draussen kümmern; es erzeugt die ganze Energie, die es braucht.

#Three-Bus-Mikrogrid

Jetzt stellen wir das Three-Bus-Mikrogrid vor, das etwas ausgeklügelter ist. Es ist an das Hauptstromnetz angeschlossen, was ihm erlaubt, Strom zu kaufen oder zu verkaufen, wenn nötig. Denk daran wie an ein Stromteilungsprogramm mit deinen Nachbarn – manchmal musst du Energie leihen, und manchmal kannst du deinen Überschuss teilen.

#Das Lastprofil

Jedes Mikrogrid muss im Auge behalten, wie viel Energie es zu verschiedenen Tageszeiten braucht. Dieser Energiebedarf wird als Lastprofil bezeichnet. Das Three-Bus-Mikrogrid, auf das wir uns konzentrieren, bezieht die Energie hauptsächlich aus dem Bundesstaat New York. Über die Zeit hat es einen durchschnittlichen Bedarf von etwa 5MW (Megawatt). Dieser Bedarf kann je nach Tageszeit und Jahreszeit schwanken.

Das Lastprofil wird normalisiert, um Spitzen und Täler auszugleichen, damit das Mikrogrid effektiv reagieren kann, ohne die Bank zu sprengen.

#Strompreise

Genau wie in deinem Lieblingsladen schwankt der Preis für Strom je nach Angebot und Nachfrage. Für das netzverbundene Mikrogrid ist es wichtig, die Kosten zu minimieren, indem es die dynamischen Preise vom Hauptnetz im Blick hat. Wenn die Preise fallen, weiss das Mikrogrid genau, wann es zusätzlichen Strom kaufen muss, um die Lücken zu füllen, wenn die eigene Erzeugung nicht ausreicht.

#Konventionelle Generatoren

Jetzt kommt nicht alle Energie von Sonne und Wind. Konventionelle Generatoren sind die zuverlässigen alten Freunde in dieser Energiewelt. Sie erzeugen Strom, wann immer er gebraucht wird, unabhängig von den Wetterbedingungen. Unser Mikrogrid nutzt drei Typen von Generatoren: Blockheizkraftwerke, Dieselgeneratoren und Erdgasgeneratoren.

Jeder dieser Generatoren hat seine eigenen Kosten und Grenzen, wie viel Strom sie erzeugen können. Diese müssen berücksichtigt werden, wenn man herausfindet, auf welche Energiequellen man zu verschiedenen Zeiten angewiesen ist.

#Batteriespeichersysteme (BESS)

Batterien sind die Superhelden der Energiesysteme. Sie speichern überschüssige Energie, wenn viel vorhanden ist, und geben sie ab, wenn sie gebraucht wird. In unserer Mikrogrid-Studie helfen zwei Batteriespeichersysteme dabei, das Angebot und die Nachfrage auszugleichen. Wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht, treten diese Batterien ein, um sicherzustellen, dass genug Strom verfügbar ist.

Aber sie haben ihre eigenen Regeln, um sicherzustellen, dass sie effizient arbeiten und nicht zu schnell leer werden.

#Erneuerbare Energiequellen

Erneuerbare Energiequellen sind wie die coolen Kids in der Nachbarschaft. Sie sind trendy und werden wegen ihrer grünen Bilanz geschätzt. In unserer Mikrogrid-Studie gibt es zwei Quellen: Windturbinen und solarphotovoltaische (PV) Panels.

Diese Quellen sind jedoch nicht immer zuverlässig. Sie hängen von wechselnden Wetterbedingungen ab, was bedeutet, dass manchmal ein Backup-Plan nötig ist – daher die Rolle von Batterien und konventionellen Generatoren.

#Energiemix

Um alles reibungslos am Laufen zu halten, muss die gesamte vom Mikrogrid erzeugte Energie der Nachfrage entsprechen. Das ist wie sicherzustellen, dass die Menge an Pizza, die du bestellst, dem Hunger deiner Freunde entspricht. Wenn es zu viel Strom gibt, wird er verschwendet, und wenn nicht genug da ist, bleibt jemand hungrig.

#Optimal Power Flow (OPF)

Der OPF kümmert sich darum, dass der Strom effizient durch das Mikrogrid fliesst. Er berücksichtigt, wie der erzeugte Strom auf verschiedene Teile des Mikrogrids verteilt wird, während alles stabil bleibt. Die Idee ist, den Strom dorthin zu leiten, wo er am meisten gebraucht wird, ohne dass es zu Problemen kommt.

Diese Analyse stellt sicher, dass das Mikrogrid die Nachfrage deckt, ohne einen Teil des Systems zu überlasten. Der OPF betrachtet aktive Leistung (die echte Energie) und reaktive Leistung (die Unterstützung, die nötig ist, um die Spannung im System aufrechtzuerhalten).

#Fallstudien

#Betrieb des Single-Bus-Mikrogrids

In unserer ersten Fallstudie konzentrieren wir uns darauf, wie das Single-Bus-Mikrogrid über eine Woche funktioniert. Diese Studie bewertet, wie effektiv es seine Energiequellen einsetzt, um die Nachfrage zu decken und die Kosten kontrolliert zu halten.

Die Ergebnisse zeigen, wie gut das Mikrogrid seinen Energiebedarf erfüllt, während es die Kosten niedrig hält. Die erneuerbaren Energiequellen leisten grossartige Arbeit, wenn sie gebraucht werden. Die Batterien spielen auch eine entscheidende Rolle dabei, überschüssige Energie zu speichern.

#Betrieb des Three-Bus-Mikrogrids mit optimalem Energiefluss

In der zweiten Fallstudie wechseln wir den Fokus und analysieren das Three-Bus-Mikrogrid. Hier betrachtet die OPF-Analyse, wie der Strom über tägliche und wöchentliche Zeiträume fliesst.

Die Ergebnisse zeigen, dass das System die Gesamtnachfrage an Energie effektiv erfüllt, während es die Nutzung aller verfügbaren Energiequellen optimiert. Die Netzverbindung ermöglicht zusätzliche Flexibilität, da es Strom kaufen kann, wenn nötig, und überschüssige Energie zurück ins Netz verkaufen kann.

#Fazit

Diese Erkundung der Mikrogrids zeigt, dass diese innovativen Energiesysteme grosses Potenzial für die Zukunft haben. Sie nutzen lokale Ressourcen zur Stromerzeugung und konzentrieren sich auf Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz.

Das Single-Bus-Mikrogrid verlässt sich ausschliesslich auf seine internen Ressourcen, während das Three-Bus-Mikrogrid von seiner Verbindung zum Hauptnetz profitiert. Beide Konfigurationen priorisieren erneuerbare Energiequellen und stellen sicher, dass der Energieverbrauch optimiert wird.

Im Grunde genommen ebnen diese Mikrogrids den Weg für eine Zukunft voller smarter Energielösungen – wo wir unser Pizza geniessen können, ohne uns um die Energiekosten zu sorgen!

Durch die kontinuierliche Verbesserung ihrer Abläufe und die Integration besserer Systeme für Energiespeicherung und -management werden Mikrogrids eine wichtige Rolle in der Energieszene von morgen spielen. Wer weiss? Vielleicht findest du eines Tages deine Nachbarschaft, die ganz von diesen cleveren kleinen Systemen betrieben wird!