Effiziente Betriebskonzepte für Stromnetze

Die Mittel- und Hochspannungsnetze werden durch die Einspeisung großer Mengen Erneuerbarer Energie vor erhebliche Herausforderungen gestellt. Um den effizienten Betrieb der existierenden Stromnetze zu sichern und deren Ausbaubedarf gering zu halten, betrachtet WindNODE in diesem Arbeitsfeld einerseits die Übertragungs- und Verteilnetze systematisch und entwickelt andererseits neue technische Komponenten und Verfahren für einen effizienten Betrieb.

Echtzeitlabor Energiewende

Das Echtzeitlabor der TU Berlin (SENSE) legt den Fokus auf eine Gesamtsystemoptimierung des Übertragungsnetzes mit Schnittstelle zum Verteilnetz und entwickelt einen Demonstrator für innovative und zukunftsfähige Netzbetriebsmethoden. Dort wird es möglich, die Smart-Grid-Technologie funktional zu testen und in ihrer Wirkung auf das gesamte WindNODE-Gebiet im Zeithorizont von 2020 bis 2050 zu skalieren. Am Standort Barnstädt, südwestlich von Halle, errichten wir dazu ein kombiniertes System aus Windenergie- und Speicheranlagen, das einen Beitrag zur effizienteren Einbindung von Windenergie in das Verteilnetz leisten kann. Hier ermöglicht die Kombination aus realen Betriebsdaten und Praxis-Erfahrungen, das Netzmodell des Echtzeitlabors zu verbessern.

SMART Capital Region 2.0: Optimierte Prognose- und Laststeuerverfahren im Smart Grid

In Cottbus entwickelt die BTU Cottbus-Senftenberg (EVH) das Leitsystem für das bereits existierende Smart Grid auf dem Zentralcampus der Universität weiter. Hierzu erproben wir innovative Prognosetools, Analysesysteme und Schnittstellenerweiterungen mit dem Ziel der verbesserten Integration von Smart-Grid-Anwendungen. Verteilnetzbetreiber liefern uns Informationen zur Schlüsselung der erneuerbaren Einspeisung, die wir zusammen mit den Echtzeit-Leitsystemdaten für die Öffentlichkeit aufbereiten und andererseits zur wissenschaftlichen Untersuchung von Residuallast, Einspeiseverhalten und Erzeugungsprognosen nutzen. Wir bereiten die Daten mit Methoden des Big-Data-Managements auf, um Betriebsstrategien in einer Smart-Grid-Umgebung praktisch zu validieren, hieraus Beiträge für das Smart Grid der Zukunft abzuleiten und ein Lastprofil "Verwaltung und sonstige Büronutzung" zu entwickeln.

Dynamische Blindleistung auf der 110-kV-Ebene

Der wachsende Anteil dezentraler Erzeugungseinrichtungen in den Netzen führt zu einer immer stärkeren Verdrängung thermischer Großkraftwerke aus dem Strommarkt. Neben der Stromproduktion sind diese allerdings auch für die Erbringung einer Vielzahl von Systemdienstleistungen im Einsatz, insbesondere zur Frequenz- und Spannungshaltung. In Zukunft müssen wir daher leistungsstarke Netzknotenpunkte bzw. ganze Verteilnetzregionen stärker zur Bereitstellung von Regel- und Kompensationsmaßnahmen heranziehen. Anhand eines Demonstrators untersucht die WEMAG Netz, wie eine künftige Bereitstellung der Blindleistung durch Erneuerbare-Energien-Anlagen erfolgen kann. Dafür sind insbesondere Anpassungen in Leittechnik, der Fernwirktechnik und in der Telekommunikationsanbindung notwendig. Durch konkrete Maßnahmen zur aktiven Blindleistungssteuerung machen wir so Stellpotenziale dezentraler Erzeugungsanlagen für den Netzbetrieb nutzbar.

CableEarth für 110-kV-Kabeltrassen

Im Zuge des Netzausbaus ist es notwendig, Erdkabel für eine hohe volatile Stromlast zu dimensionieren. Die bestehenden Ansätze zur Berechnung der Temperaturen gehen jedoch von nahezu konstanten Belastungen aus – bei Strom aus Erneuerbaren Energien wird das Übertragungspotenzial einer Trasse daher oft falsch eingeschätzt. Die TU Berlin (Standortkunde & Bodenschutz) entwickelt daher das Kabelmonitoring-Verfahren CableEarth zur Berechnung von Leitertemperaturen und validiert es experimentell. Ergänzend führen wir Detailuntersuchungen im physikalischen Labor zum Wasser- und Wärmetransport von Böden und Substraten. Die Ergebnisse ermöglichen ein Echtzeit-Monitoring der Kabeltemperatur zur effizienten Betriebsführung und optimalen Ausnutzung der Übertragungskapazität von Netzen sowie eine Bewertung im Hinblick auf ökologische Faktoren.

Must-Run-Kapazitäten bei WindNODE

Wir können den sicheren und stabilen Netzbetrieb im Energiesystem der Zukunft nur dann aufrechterhalten, wenn die Erneuerbaren-Energien-Anlagen die Leistungsfähigkeit von konventionellen Kraftwerken auch im Bereich der Netz- und Systemdienlichkeit erreichen. In diesem Vorhaben führt die Uni Rostock daher Einsatzoptimierungsanalysen durch und erstellt Modelle zur regelungstechnischen Nachbildung des Energieerzeugungssystems. Damit untersuchen wir die Stabilitätsgrenzen für verschiedene Betriebs- und Ausbauszenarien der Erneuerbaren Energien in der 50Hertz-Regelzone. Mit Hilfe der geplanten Untersuchungsmethode wird es möglich sein, detaillierte Aussagen über die Lastflussverträglichkeit, die Spannungsprofilverträglichkeit, die Frequenzhaltung durch rotierende Massen sowie die Primär- und Sekundärregelfähigkeit in Zeiten hoher erneuerbarer Einspeisung zu treffen.

Online-Messtechnik für Ortsnetzstationen

Für die Planung des Netzausbaus der Verteilnetzebene müssen wir die Auslastung der Ortsnetzstationen kennen. Derzeit eingesetzte Messverfahren sind im Energiesystem der Zukunft aber nicht mehr aussagekräftig genug. Gleichzeitig sind für uns Erkenntnisse über die dezentrale Einspeisung von Energie aus erneuerbaren Quellen immer wichtiger, da innerhalb der Mittel- und Niederspannungsebene lokale Energieflüsse entstehen können, die für die Messung in den Umspannwerken nicht mehr sichtbar sind. Wir müssen daher die Ortsnetzstationen mit neuer Messtechnologie ausstatten. In diesem Vorhaben entwickelt Stromnetz Berlin eine Online-Messtechnologie als anwendungsreifen Netzbetreiberstandard, der alle technischen und betrieblichen Anforderungen berücksichtigt.

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