Aktuelle Forschungsthemen des Lehrstuhls für Elektrische Energieversorgungsnetze
- Risk assessment of electrolyser failure: Analysis of grid faults and grid-serving behavior
- INZELL
- LINDA 2.0
- Vom Strommarkt bis zur Netzdynamik: Ganzheitliche Stromsystemanalyse an der TUM
- Untersuchungen im deutschen und europäischen Verbundnetz
- Lokale Inselnetzversorgung und beschleunigter Netzwiederaufbau mit dezentralen Erzeugungsanlagen bei großflächigen Stromausfällen
- Intelligente Verteilnetze mit kommunizierenden Betriebsmitteln
Risk assessment of electrolyser failure: Analysis of grid faults and grid-serving behavior
Over the next decade, the installed capacity of electrolysers will increase from a few hundred megawatts to several gigawatts. In the current coalition agreement, the German government plans to increase the capacity of electrolysers up to 10 GW by 2030. Due to the existing gas infrastructure for hydrogen and the proximity of surplus wind power, the northern German grid is expected to experience an accumulation of grid connection requests. The uncoordinated loss of several gigawatts of electrolyser load due to a grid fault poses a high risk to dynamic stability. This study provides a qualitative risk assessment of the impact of an electrolyser loss and evaluates the advantages and disadvantages of different technical requirements for grid connection.
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INZELL – Netzstützung und Systemdienstleistungserbringung durch eine Industriezelle mit Inselnetzfähigkeit und Erneuerbaren Energien
Die Erhöhung der Versorgungsqualität und die Sicherstellung der eigenen Stromversorgung im Fall länger andauernder Spannungseinbrüche oder Versorgungsausfälle gewinnen für Industriebetriebe zunehmend an Bedeutung, da Produktionsstillstände zu hohen Kosten und Schäden führen können. Viele Betriebe verfügen zudem über dezentrale Erzeugungsanlagen, um möglichst unabhängig von Strombezugskosten zu sein. In Verbindung mit Batteriespeichern und regel- oder abschaltbaren Bezugsanlagen und einem intelligenten Regelkonzept besteht die Möglichkeit der Weiterversorgung im Inselnetzbetrieb. Im Projekt INZELL wird ein Konzept für den Inselnetzbetrieb eines weitläufigen industriellen Mittelspannungsnetzes zunächst simulativ entwickelt und abschließend in mehrstufigen Feldversuchen real erprobt. Dabei sollen Flexibilitäten im elektrischen Verhalten des Industrienetzes gezielt aufgedeckt und genutzt werden. Außerdem sollen Handlungsempfehlungen für weitere Industriebetriebe mit einer hybriden Struktur aus Bezugs- und Erzeugungsanlagen abgeleitet und Kriterien für die Vermarktung möglicher Systemdienstleistungen definiert werden. Im Fokus stehen hierbei Systemdienstleistungen, die ein Industriebetrieb im Netzparallelbetrieb zur Stützung des öffentlichen Netzes leisten kann, wie z. B. ein definierter Beitrag zum Netzwiederaufbau oder ein gesteuerter Wirk- und Blindleistungshaushalt am Übergabepunkt.
Weitere Informationen: Projektwebsite
LINDA 2.0 - Lokale (teil-)automatisierte Inselnetz- und Notversorgung mit dezentralen Erzeugungsanlagen bei großflächigen Stromausfällen
Die Folgen eines langandauernden und großflächigen Stromausfalls können einer nationalen Katastrophe mit gravierenden Folgen für die Zivilgesellschaft nahekommen. Durch den Einsatz dezentraler Energieversorgungsanlagen als Notversorgung von kritischer Infrastruktur mittels Inselnetzen kann in solchen Szenarien den Schaden erheblich reduzieren. Im Forschungsprojekt LINDA (Lokale Inselnetzversorgung und beschleunigter Netzwiederaufbau mit dezentralen Erzeugungsanlagen) wurde ein Konzept für den stabilen Inselnetzbetrieb im Notversorgungsfall entwickelt und in einem süddeutschen Netzgebiet unter Realbedingungen erprobt. In LINDA 2.0 wird das LINDA-Konzept auf ein anderes Versuchsgebiet übertragen und (teil-)automatisiert werden. Den Untersuchungsgegenstand bildet dabei eine Konstellation aus Laufwasserkraftwerk als inselnetzbildende Einheit und Trinkwasserversorgung als kritische Infrastruktur, es sind mehrere Feldversuche geplant. Darüber hinaus wird im Rahmen des Projekts ein Hybridaggregat entwickelt und im Verteilnetz erprobt. Das Hybridaggregat soll eine Alternative für ein konventionelles Netzersatzaggregat bilden und besteht aus einem inselnetzbildenden Wechselrichter mit Batteriespeicher und einem Dieselgenerator als Range Extender. Im regulären Betrieb ist der Range Extender abgeschaltet und das Aggregat arbeitet völlig emissionsfrei (Lärm, Abgas und CO2).
Weiter Informationen: Projektflyer
Ansprechpartner: Claudia Bernecker-Castro, M.Sc., Johanna Timmermann, M.Sc.
Vom Strommarkt bis zur Netzdynamik: Ganzheitliche Stromsystemanalyse an der TUM
Die Professur für Elektrische Energieversorgungsnetze (Prof. R. Witzmann) und der Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme (Prof. T. Hamacher) an der Technischen Universität München kooperieren mit dem Ziel eine ganzheitliche Stromsystemanalyse anzubieten. Darunter verstehen sie die kombinierte Betrachtung aller für das Stromnetz relevanten Aspekte wie z.B. die Entwicklung des konventionellen Kraftwerkseinsatzes unter Berücksichtigung des Ausbaus erneuerbarer Energien in Europa, Strommarktentwicklungen, Leitungsauslastungen, Frequenz- und Spannungsverhalten. Die Netzberechnungen werden dabei mit einem auf öffentlich verfügbaren Daten basierenden AC-Modell des europäischen Verbundnetzes (Synchrongebiet der ENTSO-E) durchgeführt.
Weiter Informationen: Übersicht als PDF
Siehe auch: https://www.ei.tum.de/ens/
Ansprechpartner: Mariano Dominguez Librandi, M.Sc., Daniel Stenzel, M.Sc.
Untersuchungen im deutschen und europäischen Verbundnetz
Aufgrund der zunehmenden Integration erneuerbarer Energien in das Verbundsystem und dem damit verbundenen geografischen Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch, wird es zukünftig häufiger zu Leistungsübertragungen über weite Strecken kommen. Diese Leistungsflüsse stellen neu Anforderungen an die Netzinfrastruktur und erfordern vor allem neue Leitungen, um die Überlastung des Netzes zu vermeiden und die Spannungen in den zulässigen Grenzen zu halten. Zudem nehmen durch die zunehmend dezentrale Erzeugungsstruktur die Wechselwirkungen zwischen Verteil- und Übertragungsnetz zu. Mit Hilfe eines detaillierten Modells des Verbundsystems können neben Lastflussberechnungen zur Identifizierung überlasteter Leitungen (siehe Abbildung), auch dynamische Simulationen hinsichtlich Leistungspendelungen durchgeführt werden. Durch eine geeignete Nachbildung der Verteilnetze können, vorrangig in Deutschland, die Rückwirkungen von Wechselrichter-systemen auf das dynamische Verhalten des Gesamtsystems untersucht werden.
Ansprechpartner: Mariano Dominguez Librandi, M.Sc., Daniel Stenzel, M.Sc.
Intelligente Verteilnetze mit kommunizierenden Betriebsmitteln
Die stetig wachsende Zahl erneuerbarer, dezentraler Erzeugungsanlagen und der zunehmende Einsatz elektronischer Schaltnetzteile führen in den Niederspannungs-Verteilnetzen zunehmend zu Grenzwertverletzungen (steigende Oberschwingungspegel, Nicht-Einhalten des geforderten Spannungsbandes). Um die Belastbarkeit der Netze bei gleichzeitig hoher Netzqualität zu steigern, müssen sich in Zukunft auch kleine, dezentrale Anlagen an der Erbringung von Netzdienstleistungen beteiligen. Für ein optimales Zusammenspiel einer Vielzahl von Betriebsmitteln (Batteriespeicher, PV-Wechselrichter, Längsregler und BHKWs) sollen diese kommunikativ mit einem zentralen Leitrechner an der Transformatorstation verbunden werden. Ziel ist es, ein robustes und praxistaugliches Regelkonzept für die Ansteuerung der einzelnen Betriebsmittel zu entwerfen. Das Konzept wird zunächst anhand Simulationen untersucht, im Labor umgesetzt und in einem nachfolgenden Feldtest auf seine Tauglichkeit überprüft.
Ansprechpartner: Philipp Gamper, M.Sc., Antonius v. Perger, M.Sc.