Die südfranzösische Kleinstadt Carros kämpft regelmäßig mit Stromausfällen. Grund ist die Lage der Gemeinde – einige Kilometer von der Grenze zu Italien entfernt am  Ende der einzigen Stromtrasse, die die Côte d’Azur und ihr Hinterland versorgt. Meist treten die Stromausfälle im Winter auf: Wenn es ohne Heizung auch in Nizza und Cannes ungemütlich wird, reichen in der Regel elektrische Heizgeräte aus, da die Temperaturen nur selten unter den Gefrierpunkt fallen. Aber: In ­Carros bleibt der Strom in diesen ­Fällen schon mal aus. Die Gemeinde verfügt jedoch über eine andere Ressource: die Sonne.

So wurde der Ort zur Pilotgemeinde von ‚Nice Grid‘, dem französischen Beitrag zum Smart-Grid-Projekt ‚Grid4EU‘. Im Rahmen dieses Projektes untersuchen sechs europäische Stromkonzerne – finanziell unterstützt von der Europäischen Kommission – die Funktionsweise von Smart Grids und entwickeln gemeinsame Standards. Dem Verbund gehört auch der französische Stromnetz-Betreiber Électricité Réseau Distribution France (ERDF) an, der sich mit dem Projekt ‚Nice Grid‘ beteiligt.

Bei der Erprobung des Smart Grid in Carros geht es darum, die dezentrale Energie-Erzeugung in das lokale Niederspannungsnetz einzubinden, für die Verringerung von Lastspitzen zu sorgen sowie den Inselbetrieb von Micro Grids sicherzustellen. Ebenfalls am Projekt beteiligt sind Hersteller von Technologien und Produkten, die für die Erzeugung von Solarstrom sowie die Speicherung und die Regulierung von Erzeugung und Verbrauch eingesetzt werden.

Smart Meter für 2000 Haushalte

Für die Umsetzung von ‚Nice Grid‘ wurden in der Gemeinde zunächst ­Projektzonen für die einzelnen Auf­gabenstellungen ausgewiesen. Das Teilgebiet für die Inseltests – eine ­Straße mit acht Gewerbebetrieben – kann, wie es bei einem Stromausfall passiert, vom restlichen Netz getrennt werden. In diesem Zeitraum soll es aus den eigenen Ressourcen versorgt werden. Die Infrastruktur wurde im Jahr 2013 aufgebaut, etwa 2000 Haushalte in der Projektzone erhielten Smart Meter mit Kommunikationsfunktionalität. Die Geräte messen und übertragen den Verbrauch an ein zentrales Energiemanagement, das alle Betriebsparameter des Smart Grid überwacht und steuert. Insbesondere stellt es Prognosen zur Stromproduktion und zu Lastspitzen im Smart Grid bereit, die die Haushalte abrufen und dazu nutzen können, den eigenen Stromverbrauch an die Produktions- und Lastspitzen anzupassen.

Die Batteriewechselrichter-Einheiten 'Sunsys PCS²' von Socomec dienen der dezentralen Energiever­sorgung im Smart Grid von Carros.

© Socomec

An rund 200 Standorten wurden Photovoltaik-Anlagen mit einer Produktionskapazität von insgesamt 2,5 MWp installiert. Hinzu kamen Stromspeicher in Form von Lithium-Ionen-Batterien mit einer Gesamtkapazität von 2 MWh. Ein kleiner Teil der Speicherkapazität wurde als Hausstromspeicher mit 4 kWh realisiert. Ein großer Batteriespeicher wurde am Übergang zum Mittelspannungsnetz eingerichtet, an den örtlichen Verteilerstationen gibt es drei weitere Batterieanlagen mit einer Speicherkapazität von 620 kWh sowie vier Batteriewechselrichter des Typs ‚Sunsys PCS²‘ von Socomec mit je 66 kW Leistung. Die drei Batterieanlagen und die Wechselrichter sollen zusammen mit drei Erzeugersystemen mit 430 kWp das für den Inselbetrieb vorgesehene Micro Grid versorgen.

Im Normalbetrieb wandeln die Socomec-Anlagen den erzeugten Gleichstrom für die Versorgung der Lasten in Wechselstrom um. Solange die Stromproduktion größer ist als der Verbrauch, laden sie die Batterien und speisen die überschüssige Produktion in das übergeordnete Netz ein. Wird die Energie-Erzeugung unterbrochen oder deckt die Produktion den Bedarf nicht, wandeln die Batteriewechselrichter die in den Batterien gespeicherte Energie in Wechselstrom für die Verbraucher um.

Herausforderung Inselbetrieb

Beim Inselbetrieb steigen die Anforderungen an die Batteriewechselrichter: Zunächst müssen sie den Start der ­dezentralen Versorgung bei einem ­Ausfall der Netzversorgung ohne Unterbrechung für die Verbraucher bewältigen. Im laufenden Betrieb ob­liegen ihnen sämtliche Regulierungsaufgaben, die sonst überwiegend unter der Regie des Netzbetreibers ablaufen: Energie-Erzeugung und ­Verbrauch im Gleichgewicht halten, Spannung und Frequenz stabilisieren sowie Störungen wie Oberschwingungen oder Spannungsschwankungen ausgleichen. Ist die Versorgung aus dem übergeordneten Netz wieder ­möglich, muss der Wiederanschluss ans Stromnetz störungsfrei vonstattengehen.

Bei den Geräten von Socomec stellt die Schwarzstart-Funktion sicher, dass der Wechselrichter synchronisiert und die Verbraucher innerhalb weniger Sekunden mit Strom aus dem Micro Grid versorgt werden können. Um eine möglichst hohe Stabilität im Grid zu erreichen, arbeitet im Inselbetrieb jeder Batteriewechselrichter unabhängig von den anderen. Da in diesem Zeitraum überschüssige Energie nicht ins Netz eingespeist werden kann, drosselt die Anlage die PV-Produktion kabellos, indem der Frequenzwert im Micro Grid leicht angehoben wird. Dies verhindert, dass die Stromerzeugung abgeschaltet werden muss, und verlängert die Laufzeit der Inselphase. Bevor das Netz wieder zugeschaltet wird, synchronisiert die Steuerung der Anlage Spannung, Frequenz und Phase.

Fünf Stunden ohne Netz

Da die Stromversorgung der Insel von der Funktionalität und der Funktionstüchtigkeit der Batteriewechselrichter abhängt, waren entsprechende Tests ­erforderlich. In mehreren Durchgängen sollten die Anlagen zeigen, dass sie die kritischen Abläufe fehlerlos ­bewältigen. Der Höhepunkt der Test­läufe fand im Oktober 2015 statt: Das Gebiet wurde für fünf Stunden vom Netz getrennt. Die Versorgung übernahmen die Solarpanele und Speicher, die zum Zeitpunkt der Trennung zu etwa 75 % aufgeladen waren. Am Ende der Versuchszeit betrug die Ladung noch 55 % und hätte für weitere vier Stunden ausgereicht. Die Übernahme der Versorgung bei der Trennung vom Hauptnetz sowie die Übergabe am Ende der Inselphase erfolgten reibungslos.

Das europäische Smart-Grid-Projekt läuft bis Ende 2016 und wird anschließend ausgewertet. Dann wird auch geklärt, wie es mit der Pilot-Installation in Carros weitergeht.

Autor:
Steffen Breiter ist Marketing Manager Germany bei Socomec in Mannheim.