Abgeschlossene Forschungsprojekte der Professur für Elektrische Energieversorgungsnetze
- Effektivität und Zusammenwirken unterschiedlicher Spannungshaltungskonzepte im Verteilnetz
- Lokale Inselnetzversorgung und beschleunigter Netzwiederaufbau mit dezentralen Erzeugungsanlagen bei großflächigen Stromausfällen
- Integration von Batteriespeichern in Verteilnetze mit einem hohen Anteil dezentraler und fluktuierender Einspeiser
- Studie Regelung Q(U)
- Integration der Elektromobilität in das Energieversorgungsnetz
- Entwurf, Dimensionierung und Regelung von elektrischen Verteilnetzen mit einem hohen Anteil dezentraler und fluktuierender Einspeiser
- Auswirkungen von dezentraler regenerativer Energieerzeugung auf die Verteilnetze
- Anschluss von Offshore-Windparks an das Höchstspannungsnetz
- Dezentrale Überwachung und Verbesserung der Netzqualität unter Einsatz von Leistungselektronik und neuen IKT Technologien
- Analyse der Auswirkungen von hoher PV-Einspeisung und Untersuchung zur besseren Integration derselben in Mittel- und Niederspannungsnetzen
- Dynamische Untersuchungen im deutschen Verbundnetz
Effektivität und Zusammenwirken unterschiedlicher Spannungshaltungskonzepte im Verteilnetz
In den Verteilnetzen wirkt in dörflichen und ländlichen Gegenden vornehmlich die Einhaltung des Toleranzbandes der Spannung, welches in der Norm EN 50160 festgeschrieben ist, begrenzend auf die maximale Anschlusskapazität an Erzeugungsanlagen. Eine Lösung der Spannungsproblematik in den Verteilnetzen führt daher direkt zu einer Verringerung des Netzausbaubedarfs und damit der Kosten für die Energiewende. Das Projekt U-Control verfolgt das Ziel, verschiedene Verfahren zur statischen Spannungshaltung in Mittel- und Niederspannungsebene miteinander zu vergleichen, eine Bewertung über die Wirksamkeit dieser Verfahren anzustellen, eine Optimierung der Parametrierung der Verfahren vorzunehmen, sowie die Stabilität dieser Verfahren in Simulationen, Labor- und Feldtests erstmalig und grundlegend zu untersuchen.
Siehe auch: www.u-control.de
Lokale Inselnetzversorgung und beschleunigter Netzwiederaufbau 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 in Inselnetzen könnte zumindest für sensible Verbraucher, wie Krankenhäuser, Polizei, Feuerwehren, usw. ein deutlich verbessertes Versorgungsniveau erreicht werden. Ziel der Forschungsarbeit ist es ein allgemeines, über alle Spannungsebenen skalierbares Konzept zu entwickeln, welches einen stabilen Inselnetzbetrieb zusammen mit dem vorhandenen Mix von dezentralen Erzeugungsanlagen ermöglicht. Bei Wiederverfügbarkeit der überlagerten Netzebenen sollen die dezentralen Inselnetze schnell, möglichst unterbrechungsfrei und automatisch in das übergeordnete Netz integriert werden.
Integration von Batteriespeichern in Verteilnetze mit einem hohen Anteil dezentraler und fluktuierender Einspeiser
Die heutigen Verteilnetze stoßen aufgrund des starken Ausbaus an erneuerbaren Energien an ihre zulässigen Belastungsgrenzen. Der Einsatz von Batteriespeichern kann durch eine optimierte Integration dezentraler Erzeuger eine Lösung für dieses Problem darstellen und zudem zu einer effizienteren und wirtschaftlicheren Nutzung erneuerbarer Energien beitragen. Forschungsthemen sind hierbei vor allem die Entwicklung und Auswertung von intelligenten Regelstrategien für einen wirtschaftlichen und netzdienlichen Einsatz von Batteriespeichern.
Studie Regelung Q(U)
Das Stabilitätsverhalten einer spannungsabhängigen Blindleistungsregelung Q(U) soll anhand der Verhältnisse in realen Niederspan-nungs-Netzen in einem Modellversuch am Fachgebiet Elektrische Energieversorgungsnetze der Technischen Universität München neutral beurteilt werden. Dabei soll geklärt werden, ob mit einem universellen Parametersatz bei allen in der Realität zu erwartenden Einbausituationen im Netz ein stabiler Betrieb ohne unzulässige Wechselwirkungen der Wechselrichter untereinander möglich ist.
Integration der Elektromobilität in das Energieversorgungsnetz
Aufgrund der Ressourcenknappheit von Öl und des Klimawandels wird zurzeit stark an der Elektromobilität als Alternative zu Autos mit Verbrennungsmotoren geforscht. Die Fahrzeuge werden hierbei an der hauseigenen Steckdose aufgeladen und stellen dadurch das Energieversorgungsnetz vor neue Herausforderungen. Die für den Fahrbetrieb erforderlichen Energiespeicher können als Netzdienstleister verwendet werden und somit Lastspitzen ausgleichen und für eine bessere Deckung von Energieerzeugung und –verbrauch sorgen. Die Energiespeicher der Elektrofahrzeuge erleichtern außerdem die Integration von nichtplanbaren Energieerzeugungsanlagen wie z.B. Photovoltaikanlagen. Am Fachgebiet Elektrische Energieversorgungsnetze wird an Konzepten zur Netzintegration von Elektrofahrzeugen und deren Auswirkungen auf die unterschiedlichen Ebenen der Energieversorgungsnetze geforscht.
Entwurf, Dimensionierung und Regelung von elektrischen Verteilnetzen mit einem hohen Anteil dezentraler und fluktuierender Einspeiser
Seit Inkrafttreten des "Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer Energien" (EEG) ist eine stetig steigende Anzahl dezentraler Erzeuger in Deutschland zu verzeichnen. Die Ziele der Bundesregierung sehen bis zum Jahr 2020 einen Anteil der erneuerbaren Energieträger am Bruttostromverbrauch von 25 % bis 30 % vor. Besonders durch die enorme Einspeisung von Photovoltaik-Anlagen stoßen Niederspannungs-Verteilnetze zunehmend an Belastungsgrenzen.Als Alternative zum notwendigen Ausbau der Verteilnetze kann die überschüssige elektrische Energie vor Ort zwischengespeichert werden. In Zeiten von hoher Last und geringer Einstrahlung wird die gepufferte Energie rückgespeist und hilft somit, den Lastgang zu vergleichmäßigen. Auch eine Nutzung der regenerativ erzeugten elektrischen Leistung zur Substitution anderer Primärenergiequellen (Erzeugung von Wasserstoff, Nutzung in Elektro-Fahrzeugen) kann zu einer ausgeglichenen Netzbelastung beitragen. Netze und Speicher sollen dabei optimal ausgenutzt und wirtschaftlich betrieben werden.
Auswirkungen von dezentraler regenerativer Energieerzeugung auf die Verteilnetze
Erneuerbare Energien stehen im Fokus der europäischen und der deutschen Energiepolitik. So soll der Anteil der regenerativen Energien am Stromverbrauch in Deutschland bis 2010 auf 12,5% verdoppelt werde, bis 2020 ist ein Anteil größer 20% angestrebt. Hierfür wurden gezielt Fördermaßnahmen eingeführt. Im Süddeutschen Raum hat sich der Anteil insbesondere von Photovoltaikanlagen stark erhöht, die bevorzugt in die Verteilebene einspeisen und dort die Planer und Betreiber vor neue Herausforderungen stellen. Untersucht wird die Aufnahmefähigkeit bestehender Verteilnetze für dezentrale Energieerzeugung, sowie die Optimierungspotentiale verschiedener technischer Möglichkeiten zur energie- und kosteneffizienten Einspeisung.
Anschluss von Offshore-Windparks an das Höchstspannungsnetz
Seit der Verabschiedung des Infrastrukturplanungs-beschleunigungsgesetzes (17.12.2006) sind die deutschen Energieversorger auch für die Bereitstellung eines Übertragungsnetzes bis zu den Transformatorklemmen der geplanten Offshore- Windparks (OWP) in der Nord- und Ostsee verantwortlich. Alleine in der Nordsee sind annähernd 30 Windparks mit unterschiedlichsten Entfernungen zur Küste geplant. In Summe wurden eine Einspeiseleistung von etwa 12.000 MW bis zu Jahr 2012 bei den Unternehmen E.ON und Vattenfall beantragt. In der ersten Ausbaustufe werden pro Windpark etwa 80 Windenergieanlagen mit jeweils bis zu 5 MW anzuschließen sein.
Am Fachgebiet für Elektrische Energieversorgungsnetze wird an der Auswahl geeigneter Übertragungstechnologien und der Entwicklung eines Gesamtkonzeptes für das Offshore- Übertragungsnetz gearbeitet.
Dezentrale Überwachung und Verbesserung der Netzqualität unter Einsatz von Leistungselektronik und neuen IKT Technologien
Durch zunehmende unstetige, dezentrale Einspeisung von Strom (Photovoltaik (PV), Wind, Blockheizkraftwerk (BHKW), …) gelangen elektrische Energieversorgungsnetze immer mehr an die Grenzen ihrer Belastungsfähigkeit, insbes. im Erreichen der maximal zulässigen Spannung. Bisherige Überlegungen sehen entweder eine Begrenzung der dezentralen Einspeisung oder einen kostenintensiven Netzausbau vor, um diesen Problemen abzuhelfen. Ein weiteres Problem sind zunehmende Störaussendungen von leistungselektronischen Systemen (Oberschwingungen).
Durch ein innovatives Kommunikationskonzept und Systemkonzept zur Lösung von Echtzeit-Regelaufgaben in Energieverteilnetzen könnte kostengünstig, örtlich differenziert und zeitnah der Zustand der Netze (Netzqualität) erfasst und durch Ansteuerung der dezentralen Wechselrichter ein wesentlicher Beitrag zur Erhöhung der übertragbaren Leistung und Verbesserung der Netzqualität, d.h. Stabilisierung der Spannung, Blindleistungskompensation, Filterung/Kompensation von Oberschwingungen etc. geleistet werden. Im Projekt NETZQ wird eine entsprechende Gerätetechnik entwickelt und dieser Lösungsvorschlag in einem Modellversuch exemplarisch in zwei Teilnetzen (Stadt, ländlicher Raum) erprobt.
Analyse der Auswirkungen von hoher PV-Einspeisung und Untersuchung zur besseren Integration derselben in Mittel- und Niederspannungsnetzen
Die stetig steigende Zahl von dezentralen Einspeisern stellt die Netzversorgungsunternehmen vor neue Herausforderungen. War der Leistungsfluss seit der Entstehung der Netze bis vor einigen Jahren stets von Großkraftwerken zu Endkunden gerichtet, so treten inzwischen auch Zeiten mit Rückspeisung aus dem Nieder- bzw. Mittelspannungsnetz auf.
In Kooperation mit der Hochschule München und e.on Bayern wird im Forschungsprojekt „Netz der Zukunft“ der aktuelle Netzzustand von einem Mittelspannungsnetz und einigen unterlagerten Niederspannungsnetzen mit hoher PV-Durchdringung analysiert. Durch den Einsatz von intelligenten Stromzählern bei Anlagenbetreibern und Messpunkten an Transformatorstationen und Umspannwerken sollen die Auswirkungen der Einspeisung von regenerativer Energie in beide Netzebenen aufgezeigt werden. Mit den Ergebnissen sollen Konzepte und Maßnahmen erarbeitet werden, nach denen das Netz möglichst effizient erweitert, geführt und somit die gewohnte Versorgungssicherheit auch bei hoher PV-Durchdringung gewährleistet werden kann.
www.eon-bayern.com/netz-der-zukunft
Dynamische Untersuchungen im deutschen Verbundnetz
Mit dem Ziel den deutschen Energiebedarf zum Großteil mit erneuerbaren Energien zu decken werden immer mehr konventionelle Großkraftwerke mit ihren rotierenden Massen durch verteilte leistungselektronische Umrichter ersetzt. Aus diesem Grund ist die Analyse des Einflusses der Energieerzeugung durch großflächig verteilte Umrichter auf die Systemstabilität der Höchstspannungsebene dringend notwendig.
Mit geeigneten Modellen des deutschen Verbundnetzes und der angrenzenden Netze werden der Einfluss der Umrichter auf die Spannungshaltung und die Auswirkungen der fehlenden rotierenden Massen im Fehlerfall untersucht.