Technische Detailseite für Netzbetreiber
Die Initiative „Laufenburg“ der Tirron GmbH beschreibt ein autark arbeitendes, dezentrales Steuer- und Schaltgerät zur lokalen Stabilisierung von Niederspannungsnetzen.
Das System greift direkt an der Netzanschlussstelle ein und wirkt spannungsgeführt auf flexible Verbraucher und dezentrale Erzeuger ein – ohne zentrale Datenanbindung, ohne Cloud-Infrastruktur und ohne externe Steuerbefehle.
Ziel ist die physikalisch wirksame Entlastung von Ortsnetzen bei gleichzeitig minimalem Infrastrukturaufwand.
1. Netztechnische Ausgangslage
Der zunehmende Zubau dezentraler Erzeuger (PV, KWK), elektrischer Wärmeerzeuger (Wärmepumpen) sowie Ladeinfrastruktur führt zu:
- erhöhten Spannungsbandabweichungen
- Transformatorüberlastungen
- steigenden I²R-Leitungsverlusten
- verstärkten Gleichzeitigkeitseffekten
- Investitionsbedarf für Netzausbau oder Regeltransformatoren
Konventionelle Smart-Grid-Ansätze setzen auf zentrale Steuerung und Kommunikationsinfrastruktur. Dies führt zu zusätzlicher Komplexität, IT-Abhängigkeit und potenziellen Gleichzeitigkeitseffekten bei großflächigen Schaltvorgängen.
„Laufenburg“ adressiert diese Problematik durch eine rein physikalisch-lokale Spannungsregelstrategie.
2. Netztechnisches Wirkprinzip
2.1 Spannungsgeführte Regelung
Das Gerät misst kontinuierlich:
- Dreiphasige Netzspannung
- Netzfrequenz
- Zeit- und Tagesprofil
Die Spannungsbewertung erfolgt über:
- 5-Minuten-Mittelwert (U5Min)
- 24-Stunden-Mittelwert (U24h)
- Standardabweichung (σ)
- Wochentagsspezifische Referenzierung (7-Tage-Modell)
Die Schaltentscheidung erfolgt statistisch adaptiv.
Primäres Regelkriterium ist die Netzspannung.
Begründung:
Im Niederspannungsnetz sind Spannungsbandabweichungen der dominierende Belastungsindikator für Leitungen und Transformatoren. Dezentrale Leistungen im kW-Bereich beeinflussen die Netzfrequenz hingegen nur marginal.
2.2 Frequenzunterstützung
Die Frequenz wird in einem 40,96-s-Fenster erfasst (2048 Nulldurchgänge).
Sie dient als sekundäre Bewertungsebene und unterstützt die Spannungslogik bei systemischen Abweichungen.
3. Last- und Erzeugersteuerung
Das System unterscheidet zwei Wirkpfade:
3.1 Aktivierung dezentraler Erzeuger
Beispiele:
- KWK-Anlagen
- Biogasanlagen
- Notstromaggregate
- USV-Systeme
- Elektrolyse-/H2-Systeme
Bei Unterspannungssituationen können Erzeuger lokal zugeschaltet werden.
Eine integrierte Synchronisiereinrichtung prüft:
- Spannungsdifferenz
- Frequenzdifferenz
- Phasenlage
- Stromverlauf nach Zuschaltung
Dadurch wird eine netzkonforme, störungsarme Einspeisung gewährleistet.
3.2 Abschaltung oder zeitliche Verschiebung flexibler Verbraucher
Beispiele:
- Warmwasserboiler
- Speicherheizungen
- Wärmepumpen
- Ladeeinrichtungen
- Kühl- und Gefriergeräte
- flexible Industrieprozesse
Die Steuerung erfolgt zeitlich begrenzt und adaptiv.
Vorhandene thermische oder elektrische Speicherkapazitäten werden gezielt genutzt.
4. Schalttechnik und Netzverträglichkeit
Alle Schaltvorgänge erfolgen:
- im Spannungsnulldurchgang
- im Stromnulldurchgang (induktive Lasten)
Dadurch werden:
- Einschaltstromspitzen reduziert
- Flicker minimiert
- Oberschwingungsanteile begrenzt
- zusätzliche Spannungsstöße vermieden
Die Einheiten arbeiten asynchron mit eigener Zeitbasis.
Eine großflächige Gleichschaltung wird technisch ausgeschlossen.
5. Netztechnische Wirkung
Bei dezentraler Installation mehrerer Einheiten entsteht eine selbstorganisierende, lokal reagierende Netzstützstruktur.
Erwartete Effekte:
- Dämpfung lokaler Spannungsmaxima und -minima
- Reduktion von Trafoauslastungsspitzen
- Verringerung von Leitungsverlusten (I²R)
- Minimierung von Gleichzeitigkeitseffekten
- Reduktion von Spitzenlastanforderungen
Das System ersetzt keine übergeordnete Netzregelung, wirkt jedoch ergänzend auf der physikalischen Ebene des Niederspannungsnetzes.
6. Abgrenzung zu zentralen Smart-Grid-Systemen
Merkmal | Zentrale Smart-Grid-Systeme | Laufenburg |
Kommunikation | Cloud / Funk | keine |
Steuerung | zentral | lokal |
Gleichzeitigkeit | möglich | ausgeschlossen |
Infrastrukturkosten | hoch | gering |
IT-Abhängigkeit | vorhanden | keine |
Manipulationsanfälligkeit | potenziell | stark reduziert |
7. Integrationsmöglichkeiten im Netz
Das Gerät kann installiert werden:
- im Zählerschrank
- im Schaltschrank
- integriert in Erzeugeranlagen
- integriert in Verbraucheranlagen
Es arbeitet autark und benötigt keine Netzleitstellenanbindung.
8. Regulatorische Einordnung (vorläufig)
Für eine Netzbetreiberintegration sind folgende Prüfungen vorgesehen:
- EMV-Prüfung
- CE-Konformität
- Netzverträglichkeitsprüfung
- Einordnung in relevante VDE-Anwendungsregeln (z. B. Niederspannungsanschlussrichtlinien)
- Bewertung nach TAB-Vorgaben
Eine konkrete normative Zuordnung erfolgt projektspezifisch.