Dezentrale Energieressourcen (DERs)

Dezentrale Energieressourcen, kurz DERs, sind kleine Energieanlagen, die Energie erzeugen, speichern oder verbrauchen. Gängige Beispiele sind Photovoltaik(PV)-Anlagen, Elektroautos (EVs) und EV-Ladestationen, Batterien und Wärmepumpen. Dezentrale Energieressourcen können entweder einzelne physische Anlagen sein oder virtuell zusammengefasst werden. In der Regel haben DERs eine maximale Kapazität von weniger als 10 Megawatt (MW). In den meisten Fällen verbrauchen DERs Strom nahe dem Erzeugungsort, da die Erzeugungsquellen kleiner, dezentraler und lokaler sind. Dies macht sie zu einem grundlegenden Bestandteil moderner Stromnetze oder von Smart Grids. 

Wie funktionieren DERs?

DERs sind in Privathaushalten, Unternehmen oder im Umfeld von Energieversorgern zu finden. Da sie in der Regel in der Nähe des Ortes installiert werden, an dem der von ihnen produzierte Strom verbraucht wird, befinden sie sich in der Regel "hinter dem Zähler", das heißt, sie sind auf der Verbraucherseite des Stromzählers installiert. Trotz ihres ortsgebundenen Verbrauchs sind DERs in den meisten Fällen immer noch an das öffentliche Netz angeschlossen.  

Eine wachsende Zahl kleinerer Erneuerbare-Energien-Anlagen kann das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage im Netz jedoch verstärken. Wenn sie allerdings intelligent in größere Energiesysteme integriert, überwacht und gesteuert werden, können sie die Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit der Stromnetze im Gegensatz dazu sogar verbessern. Gleichzeitig können DERs Übertragungsverluste verringern und CO2-Emissionen senken. 

Physische DERs 

Physische DERs sind lokal betriebene, kleine Anlagen, die Energie erzeugen, speichern oder verbrauchen. Physische DERs, die Energie erzeugen, können nach ihrer installierten Kapazität in fünf Kategorien eingeteilt werden:
 

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Virtuelle DERs

Virtuelle DERs sind eine Sammlung von gebündelten physischen Anlagen, die einem Versorgungsunternehmen zur Verfügung gestellt werden. Eine besondere Form von virtuellen DERs, bei der mehrere Megawatt Leistung gebündelt und den Strommärkten zur Verfügung gestellt werden, wird als virtuelles Kraftwerk (VPP) bezeichnet. In virtuellen Kraftwerken können mehrere verschiedene Arten von physischen Anlagen kombiniert werden, unabhängig davon, wie sie Strom erzeugen. Der Sektor VPP wächst derzeit schnell. In naher Zukunft wird die Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie auch die EV-Szene erobern, sobald die regulatorischen und technischen Hürden überwunden sind. Dann kann das enorme Potenzial der E-Fahrzeuge und ihrer Batterien genutzt werden, indem das Netz mit ihrer wertvollen Kapazität angereichert wird.

Zusätzliche Features

Durch die Ausstattung von DERs mit einem Kommunikations- und/oder Steuerungssystem werden die Geräte miteinander verbunden und synchronisiert, sodass der erzeugte Strom phasengleich mit dem Stromnetz ist und alle Geräte direkt und automatisch gesteuert werden können, z. B. durch Netzbetreiber oder Privatpersonen. Darüber hinaus messen Zähler die Einspeisung und den Bedarf von DERs. Die Umrüstung auf Zweirichtungszähler und Zähler mit tageszeitabhängiger Messung (auch bekannt als Smart Meter) ermöglicht eine differenziertere Verfolgung von Erzeugung und Verbrauch, eine genauere Abrechnung von Stromkosten und eine bessere Erkennung von Problemen mit der Stromqualität, wie z. B. Spannungsabfällen. Schließlich ist für die Verwaltung und den Betrieb virtueller Stromerzeuger häufig eine Aggregations-Software erforderlich, da es den Betreibern durch sie möglich wird, die verschiedenen Einschränkungen und Merkmale jeder aggregierten Anlage zu berücksichtigen.

Gängige Protokolle

Mit der Elektrifizierung der Bereiche Wärme und Mobilität steigt die Zahl der DERs, die Strom erzeugen und verbrauchen. Um die Balance in den Stromnetzen aufrechtzuerhalten, müssen die Geräte zunächst miteinander kommunizieren können. Dafür sind Kommunikationsprotokolle notwendig. 

• Offenes Ladepunktprotokoll (OCPP): OCPP ist ein universelles Anwendungsprotokoll, das die Kommunikation zwischen E-Ladestationen und einem zentralen Managementsystem standardisiert. Das Ziel von OCPP ist es, eine herstellerunabhängige Kommunikation zwischen Ladestationen und deren Abrechnungs- und Managementsystemen über ein offenes Anwendungsprotokoll zu ermöglichen. Es wurde von der E-Laad Foundation in den Niederlanden entwickelt.
• EEBUS: EEBUS ist eine gemeinsame und herstellerunabhängige Sprache für das Energiemanagement im Internet of Things (IoT). Genauer gesagt ist EEBUS eine auf Standards und Normen basierende Kommunikationsschnittstelle, die jedes Gerät oder jede Plattform frei verwenden kann, unabhängig vom Hersteller oder den technischen Spezifikationen. EEBUS ermöglicht es Energieversorgern und Haushalten, Informationen auszutauschen, um ihre Energieeffizienz zu steigern. Dieser Aspekt ist essentiell, um das volle Potenzial von Smart-Home-Technologien auszuschöpfen. Für Unternehmen vereinfacht die sektorübergreifende Kommunikation die Entwicklung neuer Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle. EEBUS wurde und wird vom deutschen Verein EEBus Initiative e.V. entwickelt.
• Modbus: Das Modbus-Protokoll ist ein offenes Kommunikationsprotokoll, das den Datenaustausch zwischen elektronischen Geräten ermöglicht. Das Client-Gerät (in der Regel ein Computer) gibt Befehle an Server-Geräte aus, die im Gegenzug Informationen liefern. Es gibt eine Reihe von verschiedenen Modbus-Betriebsarten, die jeweils einem anderen Zweck dienen. Die gängigsten sind RTU (serielle Kommunikation), TCP (Ethernet) und ASCII (serielle Kommunikation). Es ist das am weitesten verbreitete Kommunikationsprotokoll zum Anschluss von industriellen elektronischen Geräten. Modbus wurde 1979 von Gould-Modicon entwickelt und war ursprünglich für die Kommunikation mit seinen speicherprogrammierbaren Steuerungen gedacht.

Beitrag zu einem erneuerbaren Energiesystem

Die Integration von DERs in das Netz bietet viele Vorteile. Unsere XENON-Plattform gewährleistet nicht nur eine nahtlose Kommunikation zwischen allen Anlagen, sondern optimiert auch die Energieflüsse zwischen ihnen, um Kosten und Emissionen zu minimieren und den Nutzerkomfort zu maximieren. Privatpersonen oder Unternehmen, die über DERs verfügen, können nicht nur ihre Stromkosten senken, indem sie ihren eigenen Strom erzeugen, sondern auch neue Einnahmequellen erschließen, indem sie Strom an das Netz zurückverkaufen. Die Erzeugung von Strom in der Nähe des Verbrauchsortes verringert auch Übertragungsprobleme und ermöglicht es den Verbraucher:innen, Transparenz und Kontrolle über ihren Energieverbrauch zu erlangen (mit den richtigen technischen Hilfsmitteln). Durch die Vermeidung von andernfalls nötigen Netzerweiterungen und die intelligentere Nutzung bestehender Systeme ermöglichen smarte und vernetzte DERs eine schnellere Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien am Strommix und eine Senkung der CO2-Emissionen des Energiesektors. 

Ausblick

DERs sind der Schlüssel zur Energiewende. Daher wird die Zahl der PV-Anlagen, Wärmepumpen, Batterien und EVs in den kommenden Jahren drastisch ansteigen. Dies wird jedoch den Druck auf die Stromnetze erhöhen, da diese nur für die zentrale Stromerzeugung in großen Kohle-, Gas- oder Kernkraftwerken konzipiert wurden. Durch den Einsatz digitaler Technologien zur besseren Abstimmung von Angebot und Nachfrage in dezentralen Energiesystemen können wir das volle Potenzial von Anlagen erschließen, indem wir zum Beispiel EVs als Batteriespeicher nutzen. Nur wenn wir dieses dezentrale Energiesystem intelligent, zuverlässig und skalierbar machen können wir das wahre Potenzial der erneuerbaren Energien heben.