Effiziente Integration dezentraler Erzeuger in Verteilnetze

Der vormals unidirektionale Lastfluss vom Energieerzeuger zum Endkunden, welcher eine gute Abschätzung des Netzzustandes mit einer geringen Ausstattung an Messtechnik erlaubte, ist damit nicht mehr gegeben. Der nunmehr zunehmende bidirektionale Lastfluss stellt insbesondere die Netzbetreiber vor neue Herausforderungen. Um den verlangten stabilen und sicheren Betrieb der Versorgungsnetze bei einem weiter steigenden Anteil der dezentralen Erzeugungskapazität zu garantieren, wird immer häufiger ein Netzausbau mit entsprechend hohen Investitionskosten notwendig.

Das Forschungsvorhaben soll neuartige Integrationsmöglichkeiten aufzeigen bzw. bereits bekannte aber nicht angewendete Methoden hinsichtlich ihrer technischen Durchführbarkeit und ihrer Wirtschaftlichkeit überprüfen und somit dem Netzbetreiber Alternativen zu einem traditionellen Netzausbau anbieten. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, konkrete Hinweise und Hilfestellungen für die Planungsgrundsätze der Netzbetreiber und für den Umgang mit dezentralen Erzeugungsanlagen zu erarbeiten und hierdurch eine effizientere Einbindung der betrachteten Anlagen zu ermöglichen.

Dezentrale Erzeugungsanlagen werden als negative Lasten angenommen. Sowohl Verbraucher als auch Erzeugungseinheiten werden im Normalbetrieb als nicht beeinflussbar und damit als passive Elemente des Energiesystems angenommen. Durch den Neubau von Leitungen bzw. durch die Verstärkung vorhandener Leitungen wird die Kurzschlussleistung des Netzes an entsprechenden Stellen erhöht und damit der zu erwartende Spannungsabfall (-hub) durch einen Verbraucher (Erzeuger) auf erlaubte Werte begrenzt. Zur Bestimmung des notwendigen Netzausbaus werden primär Worst-Case-Berechnungen durchgeführt.
Verteilnetze sind mit einer geringen Messinfrastruktur ausgestattet und werden daher bezgl. dezentraler Spannungs- und Stromwerte „blind“ betrieben. Die Betriebsweise der Netze ist üblicherweise auf die ursprüngliche Versorgungsaufgabe ausgelegt. Dies bedeutet, dass am Einspeiseknoten eine gegenüber der Nennspannung erhöhte Spannung anliegt, um die durch passive Lasten erzeugten Spannungsabfälle im Netz auszugleichen. Bei nennenswerter dezentraler Einspeisung passt diese Auslegung nicht, da der entstehende Spannungshub dann leicht zur Überschreitung der zulässigen Spannung führt.

Zu Beginn ist eine messtechnische Überprüfung der Spannungs- und Belastungsverhältnisse in den bestehenden Netzen durchzuführen. Zur Optimierung der Messinfrastruktur und zur Vervollständigung der Messdaten sollen modernste Simulationstools und Berechnungsmodelle Anwendung finden. Alle Untersuchungen werden auf Basis von quasistationären Lastgangrechnungen, welche auf gemessenen 1-min-Mittelwerten und realen Kundendaten basieren, durchgeführt.
Besondere Bedeutung haben die Inhalte der „Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz“ und die „Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“, welche sich derzeit in der Überarbeitung befinden. Eine Bewertung der Auswirkungen und Möglichkeiten, die sich aus der Überarbeitung ergeben, insbesondere der sich abzeichnenden Etablierung einer aktiven Spannungsbeeinflussung durch gezielte Blindleistungsbereitstellung der dezentralen Erzeugungsanlagen, sollen zentrale Elemente dieses Projektes bilden.

Ein hinsichtlich der Anforderungen vielschichtiges Netz ist ausgewählt und in eine Simulationssoftware aufgenommen worden. Eine Analyse der Kundestruktur hat stattgefunden. Es ist ein Messkonzept (Abb. 1) erarbeitet und umgesetzt worden. Die zur Verfügung stehenden Daten sind ausgewertet worden; ein Vergleich mit Ergebnissen der Planungssimulation und eine gegenseitiger Abgleich stehen aus.

Industriepartner: E.ON Avacon AG

Technische Universität Clausthal
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