PROGRESSUS

Progressus - Schematischer Überblick des Projektvorhabens (Bild: Infinion)

Projektbeschreibung:

Die Wandlung des Energienetzes vom reinen Verteilnetz hin zum Smart-Grid ist ein unverzichtbarer Schritt, um den Ausstoß von schädlichen Klimagasen deutlich zu reduzieren. Dies ist besonders bei Großverbrauchern mit zeitlich stark Schwankender Leistungsaufnahme eine größere Herausforderung in intelligenten Netzen, die sich ausschließlich aus erneuerbaren Energien speisen sollen.

Dabei haben Deutschland und Europa sich ehrgeizige Ziele zum Klimaschutz und zur CO2 Reduktion gesetzt, die in der 2030 Agenda formuliert sind. Um diese Ziele zu unterstützen, haben sich die internationalen Partner des PROGRESSUS Projekts die Ziele gesetzt, die Spitzenbelastung des Verteilnetzes durch Ladeinfrastruktur von Elektrofahrzeugen um 30% zu senken. Dies soll durch effizientere Energiewandlung, die Nutzung von lokalen Speicherbatterien und intelligentes Energiemanagement für Mikrogrids erreicht werden. Die Lösungen sollen mit vorhandenen Installationen kompatibel sein. Fortgeschrittene Sicherheitsverfahren sollen neue, dezentralisierte Dienste unterstützen und die Akzeptanz beim Nutzer erhöhen. So soll eine beschleunigte Einführung von Elektrofahrzeugen und damit eine CO2 Einsparung von 30 % ermöglicht werden.

Die Beiträge der deutschen Partner adressieren diese Herausforderungen und unterstützen damit die Ziele durch die Erforschung von Elektroniksystemen mit vielfältigen Funktionen (z.B. Ladesäule und Mehrwertdienste Plattform) und Leistungselektronik für die effiziente Energienutzung (z.B. Bidirektionaler DC/DC Wandler und Leistungsmodul). Gleichstrombasierte, bidirektional arbeitende Ladelösungen mit integrierten Speicherbatterien bieten neben einer Effizienzerhöhung eine signifikante Verbesserung bei der Nutzung von elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen, wie der Photovoltaik. Durch die integrierte Speicherbatterie und ein intelligentes Energiemanagement werden Lastspitzen reduziert. Damit werden die netzdienliche Nutzung, die Netzstabilität und die Versorgungssicherheit verbessert. Fortschrittliche Sensorik und leistungsfähigere Kommunikationsgeräte (Mehrwertdienste Plattform) legen die Grundlage dafür, indem die Zustandsdaten schnell und sicher zur Verfügung gestellt und übertragen werden. Die Sicherheit des Kommunikationsnetzwerks wird durch fortgeschrittene Sicherheitsverfahren erhöht, die Sicherheitschips nutzen und mit Verfahren wie block-chain und intelligenter Datenanalyse die Authentizität und Integrität der kommunizierenden Geräte prüfen und somit die Robustheit des gesamten Kommunikationsnetzwerkes für das Energiemanagement sicherstellen.

TH Köln wird die folgenden Teilbereiche des Forschungsvorhabens übernehmen:

-       Die TH Köln wird Algorithmen entwickeln, mit denen die Smart Meter Gateways (z. B. Ladeboxen oder ganze Hausanschlüsse) den Zustand des Netzes bestimmen kann, an das es angeschlossen ist, indem elektrische Parameter wie Spannung, aktueller Spannungswinkel und Leistungsfaktor gemessen werden. Es werden Algorithmen entwickelt, die den Netzbetrieb unter Berücksichtigung der maximalen Transformatorleistung und Leitugungsbelastung sowie des maximal zulässigen Spannungsabfalls an seinen Grenzen ermöglicht. Verschiedene Szenarien und Netze werden bewertet, modelliert und die Genauigkeit im Labor validiert. In einem weiteren Schritt werden Optimierungsroutinen entwickelt, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Smart Meter Gateways innerhalb eines Niederspannungsnetzes berücksichtigen, um die Anschlusskapazität zu maximieren und gleichzeitig die Netzfreundlichkeit zu gewährleisten.

-       Des Weiteren werden Smart Meter Gateways zusammen mit dem gesamten Hausenergiesystem optimiert, das z. B. Ladeboxen für die E-Mobilität, Wärmepumpen und Photovoltaikanlagen umfasst. Ziel ist es, die Smart Meter Gateways in ein übergreifendes Home-Management-System zu integrieren. Die Optimierung umfasst zwei Aspekte: die Optimierung des Hausenergiesystems selbst und die Optimierung des Zustands des gesamten Niederspannungsnetzes. Es wird eine Testumgebung mit Smart Meter Gateways zum Testen der Systeme und des Algorithmus eingerichtet. Zum Testen der Algorithmen wird eine Laborumgebung eingerichtet. Diese enthält mindestens ein Smart Meter Gateway und weitere Komponenten eines "Smart Home". Unter anderem können im Labor die Datenkommunikation und das Zusammenspiel von Ladebox und Home-Management-System getestet werden. Ziel ist es, die Kompatibilität von Netzmanagement und Home-Management-System zu demonstrieren