Moderne Automatisierungstechnik stützt die Energiewende

Die zur Erzeugung erneuerbarer Energien notwendigen Wasserkraftwerke, Windräder, Solarparks und Biogasanlagen enthalten alle einen wesentlichen Bestandteil an Automatisierung zum Messen, Steuern, Regeln und Überwachen der Energieerzeugung und -übertragung.

Auch die geplante intelligentere Verteilung der Energie nach Bedarf, Menge und Preis ist ein wichtiger Teil der Energiewende, der unter dem Begriff Smart-Grid-Lösungen (intelligentes Stromnetz) bereits auch viele Automatisierungstechniker beschäftigt. Die für die Energieerzeugungsanlagen und das Smart Grid notwendige Automatisierungstechnik wird sich – ebenso wie das Geräteangebot der Energieverbraucher – über den schon erreichten Stand weiterentwickeln müssen, um die Anlagen effizienter zu machen und Standardisierung zu ermöglichen. Es folgen zwei Beispiele dafür.

Mithilfe von Photovoltaikanlagen wird die Einstrahlung der Sonne in für den Menschen nutzbare Energie umgewandelt. Dabei wird die direkt auf das Solarpanel wirkende Sonnenstrahlung in Strom umgewandelt. Zur Erhöhung der Effizienz werden in großen Solaranlagen die Solarpanels dem Sonnenstand automatisch nachgeführt. Eine solche Installation wird Solartracker genannt. Das dabei notwendige Zusammenspiel zwischen den Komponenten ist eine technisch anspruchsvolle Automatisierungsaufgabe. Die Module werden dabei optimal auf den sich verändernden Einstrahlwinkel der Sonne ausgerichtet, um so die Sonnenenergie stets maximal zu nutzen. Für Anwendungen in Solar Power und in der Photovoltaik ist die präzise Nachführung der Solareinheiten eine Grundvoraussetzung für die Fokussierung der Sonneneinstrahlung auf das Zielmedium. Anlagen mit einem solchem Solar-Tracking-System liefern abhängig von der Intensität der Sonneneinstrahlung am Aufstellort gegenüber feststehenden Photovoltaik-Systemen bis zu einem Drittel höheren Energieertrag.

Der Begriff Smart Grid umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern und elektrischen Verbrauchern in Energienetzen. Diese ermöglicht eine Optimierung und Überwachung aller miteinander verbundenen “Netzteilnehmer“. Ziel ist die Sicherstellung der Energieversorgung auf Basis eines effizienten und zuverlässigen Systembetriebs. Die konsequente Integration von IT, Kommunikation und Feldebene macht durchgängige Lösungen möglich, die durch Synergien besonderen Mehrwert für alle am Energiemarkt Beteiligten und dadurch neue Perspektiven schaffen: Möglichst verbraucherfreundliche Strompreise können flexibel und unter Berücksichtigung von Umweltaspekten an Angebot und Nachfrage angepasst werden – und die Reaktionsfähigkeit des Energiemarktes auf diese Schwankungen wird verbessert.

Im Zusammenspiel mit integrierten Kommunikationslösungen wird die Einbindung aus Sicht der bisherigen Kraftwerke dezentraler Erzeuger und das Management von Verbrauchern möglich. Überdies können durch Smart Grids bisherige „Endkunden“ fallweise zu Konsumenten oder Produzenten von Energie werden: Sie können sowohl als Konsument als auch als Energieproduzent eine aktive Rolle spielen und dabei ihren eigenen Stromverbrauch kostenoptimiert und umweltbewusst steuern. Die Umsetzungen dieser Vorhaben bei Endkunden werden dabei oft als „Demand Response“-Lösungen“ bezeichnet. Dies bezeichnet alle Funktionen und Prozesse, die zur Beeinflussung des Energieverbrauchsverhaltens eingesetzt werden. Dabei laufen in einer zentralen Leitstelle einerseits Informationen über die Energieverfügbarkeit und die -preise ein und andererseits die Auslastung von großen Verbrauchern am Energienetz wie Flughäfen oder Krankenhäuser. Auf Basis dieser Informationen kann ein Lastmanagement betrieben werden, das Endgeräte in Abhängigkeit von Stromverfügbarkeit beziehungsweise -preis dynamisch ab- und zuschaltet. Da die Stromnachfrage oft eng mit der Nachfrage nach anderen Energiearten wie Heiz-, Kühl- oder mechanischer Energie einhergeht, müssen Demand-Response-Lösungen mehr als das Stromnetz selbst umfassen. So muss die Optimierung alle Energieverbraucher und -netze einbeziehen, die miteinander in steuerbaren Beziehungen stehen. Voraussetzungen für Demand-Response-Lösungen ist die kommunikative Vernetzung zwischen Leitstellen und Verbrauchern oder Erzeugern. Da alle diese Teilnehmer aber geographisch verteilt und bisher unabhängig voneinander am zukünftigen intelligenten Stromnetz angeschlossen sein werden, sind dafür Fernverkehrsnetzwerke notwendig.

Marc Karpa Produktmanager Simatic Net, Siemens in Nürnberg