HANNOVER MESSE 2019, 01.-05. April
wechseln zu:
Integrated Energy

5G für sichere Energienetze

Wer dachte, 5G braucht es „nur“ für autonomes Fahren oder gute Vernetzung von Maschinen, der irrt. In Finnland arbeitet ABB zusammen mit Nokia, dem Hafenautomatisierer Kalmar und einigen weiteren Forschungseinrichtungen an der Zukunft der Mittelspannung mit 5G. Erstmals testeten die Industriepartner ein 5G-Netz für die Energiewirtschaft. Die Ergebnisse des Projekts WIVE stimmen die Verantwortlichen optimistisch. Und auch in Deutschland forschen Wissenschaftler zu 5G in den Energienetzen.

08.01.2019
5G für sichere Energienetze Grafik
5G für sichere Energienetze (Grafik: TU Dresden)

In den Tests bedienten sich die Ingenieure der geringen Latenzzeiten von 5G, um zeitkritische Anwendungen zu ermöglichen und den Schutz und die Effizienz in einem intelligenten Stromnetz zu verbessern. Die im Rahmen des Forschungsprojekts Wireless for Verticals (WIVE) durchgeführten Versuche stellen eine der ersten realen Anwendungen von zeitkritischen 5G-Anwendungen zur Stromnetz- und Hafenautomatisierung dar, heißt es bei den Projektpartnern. Die Grundlage für die Testszenarien bildet: URLLC (ultrazuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenzzeit). Die Methode wurde als eines der drei Haupteinsatzszenarien für 5G identifiziert, da sie in der Lage ist, Daten innerhalb weniger Millisekunden oder weniger mit hoher Zuverlässigkeit zu übertragen.

Schwere Störungen beheben

Die Herausforderung an die Netze der nahen Zukunft: Die Anzahl der zu steuernden Anlagen im Netz auf Kunden- oder Erzeugerseite steigt durch die Umsetzung der Energiewende beispielsweise in Deutschland laufend an, berichtet der VDE. Die Herausforderung besteht darin, mit den massenhaft im System vorhandenen Anlagen einen sicheren und zuverlässigen Systembetrieb zu organisieren. Gleichzeitig steigt das Datenaufkommen insbesondere durch Verbrauchs- und Einspeiseüberwachungen und die Kommunikation zwischen zahlreichen Marktakteuren stark an. Ähnlich sieht es in Finnland aus. Das Management von Stromverteilungsnetzen mit einer zunehmenden Menge an verteilten Energieressourcen und einem zunehmenden Flexibilitätsbedarf erfordert fortschrittliche Technologien für Schutz, Steuerung und Überwachung. Die 5G-URLLC-Technologie bietet eine kostengünstige Kommunikationsplattform für den Einsatz dieser fortschrittlichen Technologien.

„Die Ergebnisse des Projekts sind ermutigend für die zukünftige Einführung von 5G im Versorgungsbereich“, erklärt Petri Hovila, Programmmanager bei ABB. Vor allem bei Schutzanwendungen in Mittelspannungs-Verteilnetzen soll 5G in dem finnischen Projekt eingesetzt werden. Für die Versorgungssicherheit ist es von großer Bedeutung, dass schwere Störungen unverzüglich behoben werden, um das Verteilernetz am Laufen zu halten, die Sicherheit des Personals zu gewährleisten und Schäden an den Geräten zu vermeiden. Die Studie der Unternehmen bestätigte, dass 5G/URLLC die Latenzanforderungen der Schutzanwendungen erfüllt.

Und die Zukunftsperspektive? In einem Smart Grid wird in Echtzeit dank 5G über Angebot und Bedarf informiert und dann entschieden. Daran arbeiten unter anderem die TU Dresden, die RWTH Aachen, Ericsson, Techem, E.ON und die Deutsche Telekom in dem Projekt „National 5G Energy Hub“. Im ersten Schritt des Forschungsvorhabens werden Software und Hardware entwickelt, welche die Kommunikation von energetischen Anwendungen hin zu übergeordneten Systemkomponenten ermöglichen. Mit dieser neuen Toolbox sollen zukünftig alle Anwender dieser Technik einen gesicherten Kommunikationszugang zu energetischen Anlagen und Anwendungen erhalten. Öffentliche Einrichtungen und Unternehmen werden so in die Lage versetzt, ­direkt nach der geplanten Einführung des 5G-Standards im Jahr 2020 neue Produkte und Services im Energiebereich anzubieten.

Hohe Stabilität

Die 5G-Technik wird dazu beitragen, dass mithilfe skalierbarer Cloud-Anwendungen lokale elektrische Einspeisungen oder thermische Bedarfe regional für einen Lastausgleich koordiniert werden können. Dadurch wird die Nutzung volatiler regenerativer Energie unterstützt und die Zuordnung der Erzeugungs- und Speichersysteme kann dynamisch erfolgen, schreiben die Forscher. Weiterhin kann die Auslastung der Betriebsmittel erhöht und die Stabilität des Energieversorgungssystems verbessert werden. Auch eine automatisierte Überwachung dieser technischen Systeme, die für eine vorbeugende Instandhaltung verwendet werden kann, ist eine der möglichen Anwendungen dieser neuen Kommunikationsplattform. Das Projekt ist in drei Phasen aufgeteilt. Die erste Projektphase beginnt in diesem Jahr und läuft bis Anfang 2020. In dieser Zeit werden die grundlegenden Techniken und Softwarebausteine für den Einsatz der 5G-Technik im Energiebereich entwickelt.

Im zweiten Projektabschnitt steht der Transfer zu Produkten und Serviceleistungen im Mittelpunkt (2020–2024), wobei insbesondere mittelständische Unternehmen bei ihren Anstrengun­gen in der Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen unterstützt werden. In der anschließenden Feldtestphase (2025–2028) werden weiterführende Anwendungen bearbeitet, mit denen die Aufgaben der Energiewende gelöst werden können. Zurück nach Finnland: „Die Aalto University hat die Möglichkeiten von 5G-Technologien in intelligenten Netzen untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf Schutz- und Fehlerortungsanwendungen sowie auf der sogenannten packet core performance. Wir sind begeistert von dem wirtschaftlichen Potenzial, das die 5G-Technologien dem industriellen Internet bietet. An diesem Punkt sind geringe Latenzzeiten und zuverlässige Kommunikation entscheidend für Sicherheit und Automatisierung, Fernsteuerung beweglicher Maschinen, dezentrale Ökostromerzeugung und -speicherung“, berichtet Raimo Kantola, Professor am Aalto University Department of Communications and Networking. Das WIVE-Projekt wird von Business Finland kofinanziert und umfasst mehrere Industrieforschungseinheiten und akademische Partner wie Nokia, Teleste, Telia, ABB, Kalmar, die finnische Rundfunkanstalt (YLE), Digita, die Regulierungsbehörde FICORA, wichtige finnische Universitäten sowie das VTT Technical Research Centre of Finland.