Impedanzmessung in Hochspannungsnetzen: Anschlüsse vermessen, um Stromversorgung zu optimieren

Der Anschluss von leistungsstarken Windparks und anderen Energieanlagen könnte damit optimiert werden. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) finanziert das Projekt mit 2,5 Millionen Euro. Vattenfall Hamburg und Astrol Electronic sind als Industriepartner beteiligt.

Nach dem Willen der Bundesregierung gehen in naher Zukunft immer mehr leistungsstarke Windparks ans Netz. Der von ihnen produzierte Strom wird überwiegend in Hochspannungsleitungen eingespeist. Doch wie diese Anlagen die Qualität der Spannung im gesamten Netz beeinflussen, wissen deren Betreiber oft nicht genau.

Sie schätzen lediglich mögliche Verzerrungen bei der Spannung, um die vorgeschriebene Richtwerte einhalten zu können. Gelingt das nicht, muss eine neue Anlage gegebenenfalls sogar abgeschaltet und der Anschluss aufwendig nachgebessert werden.

Ein Forscherteam um Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulz (Professur für Elektrische Energieversorgung) will genau diese Lücke schließen. Die Wissenschaftler entwickeln ein Messgerät, das an den Anschluss des Windparks angebracht wird. Dort soll es künftig exakt messen, wie das Netz auf die neu eingespeisten Energiemengen reagiert. Ein vergleichbares Gerät hat das Team bereits in einem ähnlichen Projekt für mittlere Spannungen (bis 20 kV) entwickelt und in Teilen zum Patent angemeldet.

Nun nehmen sich die Wissenschaftler die weitaus komplexeren Hochspannungsnetze vor. „Wir schauen in die Netze hinein und sehen uns an, wie sich Einspeisungen und Verbrauch, aber auch die Netzeigenschaften über einen bestimmten Zeitraum entwickeln“, erläutert Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulz. „Dadurch lässt sich der bisweilen umstrittene Netzausbau genauer planen und auf das unbedingt notwendige Maß reduzieren“, so Schulz weiter.

Mit der neuen Technik können die Rückwirkungen von Windenergieanlagen auf das Netz berechnet und eventuell notwendige Anpassungen frühzeitig ermittelt werden. Die durch den Stillstand kostspieliger Windparks entstehenden Verluste werden minimiert. Zusätzlich können anhand der Daten freie Kapazitäten besser ermittelt und ausgeschöpft werden. „Windpark-Betreiber können ihre Parks künftig effektiver planen und optimaler ausrichten“, verspricht Professor Schulz.

Weil viele Anbieter die Netzeigenschaften nicht kennen und Störungen vermeiden wollen, neigen sie dazu, ihre Kapazitäten nicht optimal auszuschöpfen. Speicher, die überschüssige elektrische Energie von den Windparks aufnehmen können, existieren bislang nur sehr wenige. Ein wesentlicher Hemmschuh für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende.

Die genaue Kenntnis der Netzimpedanzen an verschiedenen, räumlich getrennten Stellen kann die frühzeitige Planung dieser Speicher und eine intelligente Steuerung von Stromverbrauchern und erzeugern im Rahmen von sogenannten Smart Grids (Intelligenten Netzen) weiter verbessern.

Im Forschungsprojekt „Entwicklung eines Messgerätes zur Bestimmung der frequenzabhängigen Netzimpedanz“ arbeiten neben Professor Schulz zwei Doktoranden in den kommenden vier Jahren an einer Lösung des Problems. Dazu haben die Wissenschaftler ein bislang weltweit einzigartiges Gerät konzipiert, das die Netzimpedanzen misst. Ihr Hauptaugenmerk richten die Forscher auf 110-kV-Hochspannungsnetze. Für Netze mit niedrigerer Spannung (20 kV-Mittelspannungsnetze) ist ein vergleichbares Forschungsprojekt bereits nach fünfjähriger Laufzeit erfolgreich abgeschlossen worden.

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Schulz, Fakultät für Elektrotechnik, Professur für Elektrische Energiesysteme, Tel. 040 6541–2757, E-Mail detlef.schulz@hsu-hh.de