Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kasseler Forscher entwickeln Test- und Simulationswerkzeug für zukünftige Stromnetze

15.04.2014

Netzausbaubedarf könnte verringert werden

Die Energiewende kann nur mit einem intelligenten Stromversorgungsnetz gelingen, das die Qualität der Stromversorgung auch bei hohen Anteilen von erneuerbaren Energien sichert.

Auf dem Weg zu diesem sogenannten Smart Grid wollen Kasseler Wissenschaftler einen Meilenstein setzen: Forscher der Universität Kassel und des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) entwickeln in Zusammenarbeit mit einem Industriearbeitskreis im Projekt „OpSim“ ein Test- und Simulationswerkzeug für die integrierte Steuerung, Betriebsführung und das Energiemanagement der Übertragungs- und Verteilnetze.

Das Projekt ist bis Januar 2016 angelegt und wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit mit ca. 2,5 Millionen Euro gefördert. OpSim soll Netzbetreiber in die Lage versetzen, unter realen Bedingungen intelligente Steuer- und Regelungsmechanismen und ihre Wechselwirkung im Stromübertragungs- und -verteilnetz in Echtzeit zu testen. Ein solches integriertes Betriebsführungssystem könnte den Umfang des Netzausbaus verringern und so helfen, Milliarden Euro einzusparen.

Der Ausbau von Photovoltaik, Windkraft, Biogas und weiteren regenerativen Energieträgern schafft Probleme in den heutigen Stromnetzen. Weil der Wind unstetig bläst, die Sonne nicht immer scheint und ständig neue Anlagen zugebaut werden, kommt es zu unerwünschten Schwankungen der Energieversorgung. Um Spannung und Frequenz des elektrischen Stroms in tolerablen Grenzen zu halten und damit die Qualität der Stromversorgung zu sichern, müssen die Betreiber der großen Übertragungsnetze immer häufiger intervenieren.

„Haben die Übertragungsnetzbetreiber vor zehn Jahren noch wenige Male pro Jahr eingegriffen, so müssen sie es heute schon über tausend Mal tun. Und es wird noch häufiger werden“, sagt Professor Dr.-Ing. Martin Braun. Er ist Leiter des Fachgebiets Energiemanagement und Betrieb elektrischer Netze (e²n) an der Universität Kassel und der Abteilung Betrieb Verteilungsnetze im Fraunhofer IWES. Es komme schon jetzt regelmäßig zu Rückflüssen elektrischen Stroms von niedrigen Spannungsebenen in höhere, was zu einer unerwünschten Erhöhung der Spannung und so zu einer neuen Herausforderung des Netzbetriebs führe, fügt Dr. Frank Marten hinzu, OpSim-Projektleiter am Fraunhofer IWES.

Braun und Marten werden in einer interdisziplinären Arbeitsgruppe mit zehn weiteren Wissenschaftlern eine Simulationsumgebung entwickeln, die alle Ebenen der Stromversorgung umfasst, also die Stromübertragungsnetze (Höchstspannungsnetz) ebenso wie die Verteilnetze (Hochspannungs-, Mittelspannungs- und Niederspannungsnetze). Neuartig ist dabei, dass diverse Akteure (Netzbetriebsführungen, virtuelle Kraftwerke) ebenfalls in dieser Umgebung nachgebildet werden und somit auch ihr gebündelter, wechselwirkender Einfluss auf das Energiesystem berücksichtigt werden kann.

Das System soll auf den Zubau weiterer Energieerzeugungsanlagen flexibel reagieren und auch beim Ausfall der elektronischen Kommunikation zwischen Steuereinheiten noch robust bleiben. „Der Übertragungsnetzbetreiber hat die Systemverantwortung für das gesamte Netz. Doch er weiß nicht, was auf den unteren Netzebenen gerade passiert“, beschreibt Prof. Braun eines der Hauptprobleme. Denn Photovoltaik-, Biogas-, Wasser- und Windkraftwerke speisen vor allem in die Verteilnetze ein und sorgen dort oft für ein Überangebot oder aber einen Mangel an elektrischer Energie. Eine Möglichkeit sei, diese Akteure einer immer dezentraler werdenden Energieversorgungslandschaft und Stromspeicher zu virtuellen Kraftwerken zusammenzufassen sowie Marktmechanismen einzuführen, die Angebot und Nachfrage nach elektrischer Energie besser ins Gleichgewicht bringen, sagt Dr. Marten.

Professor Braun bringt in das Projekt seine Expertise bei der Gestaltung der Betriebsführungen und ihrer Schnittstellen in elektrischen Netzen und bei der Integration von erneuerbaren Energien in Verteilnetze ein. Das Fraunhofer IWES hat in einer Reihe von Projekten Erfahrung mit lokalen und zentralen Betriebsführungen, mit Netzsimulationen, mit regelbaren Photovoltaik-Umrichtern, dem Management von Windpark-Clustern und mit virtuellen Kraftwerken gesammelt.

Die Projektgruppe wird außerdem Modelle von Steuerkomponenten, die heute Stand der Technik sind, in ihr Simulationswerkzeug einbauen. Das sind beispielweise regelbare Umspanntransformatoren oder die Steuergeräte von Photovoltaikanlagen, die sogenannte Blindleistung zur Verfügung stellen, wenn das lokale Stromnetz überlastet ist. „Unbekannt ist, wie die verschiedenen Regler miteinander optimal zusammenspielen“, erklärt Professor Braun. In den mehrere Millionen zählenden Knoten – Stellen, an denen Stromleitungen verzweigen – der Nieder- und Mittelspannungsnetze wissen die Netzbetreiber nicht, was im Detail vor sich geht, sagt der Wissenschaftler. Man werde auch testen, ob der direkte Eingriff des Netzbetreibers in die Regler lokaler Anlagen das Gesamtnetz stabilisieren könne.

Die Industrie sei auf dem Hintergrund der stark steigenden Kosten im Zuge der Energiewende sehr an neuen Lösungen für Betriebsführung und Energiemanagement der Netze interessiert. „Wir werden den Unternehmen mit dem Simulationswerkzeug die Chance bieten, die für sie technisch besten und wirtschaftlich optimalen Lösungen zu finden“, sagt Professor Braun. Daraus könnte ein Markt für zukünftige Systemdienstleistungen wachsen. Die realitätsnahe Untersuchung solcher Konzepte ist ein wichtiger Anwendungsfall des Projekts.

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Braun
Universität Kassel
Fachgebiet Energiemanagement und Betrieb elektrischer Netze
Tel.: +49 561 804-6202
E-Mail: martin.braun@uni-kassel.de

Dr. Frank Marten
Fraunhofer IWES
Bereich Anlagentechnik und Verteilungsnetze
Tel.: +49 561 7294-280
E-Mail: frank.marten@iwes.fraunhofer.de

Andrea Haferburg | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-kassel.de/uni/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Hochleitfähige Folien ermöglichen großflächige OLED-Beleuchtung
29.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

nachricht Fraunhofer-Forscher entwickeln Hochdrucksensoren für Extremtemperaturen
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Der schärfste Laserstrahl der Welt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickelt einen Laser mit nur 10 mHz Linienbreite

So nah an den idealen Laser kam bisher noch keiner: In der Theorie hat ein Laser zwar genau eine einzige Farbe (Frequenz bzw. Wellenlänge). In Wirklichkeit...

Im Focus: Wellen schlagen

Computerwissenschaftler verwenden die Theorie von Wellenpaketen, um realistische und detaillierte Simulationen von Wasserwellen in Echtzeit zu erstellen. Ihre Ergebnisse werden auf der diesjährigen SIGGRAPH Konferenz vorgestellt.

Denkt man an einen See, einen Fluss oder an das Meer, so sieht man vor sich, wie sich das Wasser kräuselt, wie Wellen gegen die Felsen schlagen, wie Bugwellen...

Im Focus: Making Waves

Computer scientists use wave packet theory to develop realistic, detailed water wave simulations in real time. Their results will be presented at this year’s SIGGRAPH conference.

Think about the last time you were at a lake, river, or the ocean. Remember the ripples of the water, the waves crashing against the rocks, the wake following...

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der schärfste Laserstrahl der Welt

29.06.2017 | Physik Astronomie

Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wolken über der Wetterküche: Die Azoren im Fokus eines internationalen Forschungsteams

29.06.2017 | Geowissenschaften