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LINDA

Netzwiederaufbau mit erneuerbaren Energien

Projektstatus
Begonnen

Das Thema der Versorgungssicherheit wird in der öffentlichen Diskussion immer wieder aufgeworfen. Speziell durch die Diskussion um die Folgen der Energiewende in der öffentlichen Berichterstattung sowie den großen Stromausfällen der letzten Jahre ist das Thema gesellschaftlich präsent. Der Bericht des Büros für Technikfolgenabschätzung beim deutschen Bundestag (TAB) zeigt, welche gravierenden Folgen ein länger andauernder Stromausfall hätte. Er zeigt akuten Handlungsbedarf auf. Zudem wird durch die fluktuierende, nicht steuerbare Einspeisung aus dezentralen Erzeugungsanlagen der Netzwiederaufbau im Falle eines Blackouts komplexer. Das führt zu einem Anpassungsbedarf der derzeit vorhandenen Netzwiederaufbaustrategien.

Schematische Darstellung der Problemstellung eines Inselnetzbetriebs mit Verschiedenen, nicht direkt beeinflussbaren Dezentralen Einspeiser, welche bei der Versorgung der Kritischen Infrastruktur mit versorgt werden.
Schematische Darstellung der Problemstellung eines Inselnetzbetriebs mit Verschiedenen, nicht direkt beeinflussbaren Dezentralen Einspeiser, welche bei der Versorgung der Kritischen Infrastruktur mit versorgt werden. Grafik: Verbund LINDA

Ziel des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens LINDA ist es, Strategien zu entwickeln, wodurch einige Auswirkungen des TAB-Berichts vermieden werden können. Bei einer Großstörung sollen dezentrale, schwarzstartfähige Anlagen mit einer gesicherten Mindestleistung zunächst die kritische Infrastruktur wieder aufbauen. Dazu zählen zum Beispiel Einsatzzentralen, Krankenhäuser und Gefängnisse – aber auch die Eigenversorgung von Schwerpunktumspannwerken in lokalen 20-kV-Inselnetzen. Das Problem: bei diesem ersten Wiederaufbau des Netzes werden auch komplette Mittelspannungsringe und daran angeschlossene Verbraucher und Erzeuger wie Biogas- und Photovoltaik-Anlagen mit versorgt. Das klingt zwar zunächst gut, aber so kann vor allem im Falle einer Übererzeugung dazu führen, dass die Leistungsbilanz nicht mehr geregelt werden kann. Die Folge: Das Netz wird instabil. Ein weiteres Problem könnte sein, dass die Kommunikation bei einer Störung nicht funktioniert. Dann kann ein Erzeugungsmanagement nicht mehr genutzt werden.

Schematische Darstellung von Klein-EEG-Anlagen nach VDE-AR-N 4105 bzw. SysStabV.
Schematische Darstellung von Klein-EEG-Anlagen nach VDE-AR-N 4105 bzw. SysStabV. Grafik: Verbund LINDA

Eine mögliche Lösung ist es, in diesen Fällen die Grundfrequenz des Regelkraftwerks im Inselnetzbetrieb gezielt zu erhöhen. So würden die Kleinanlagen nicht in Betrieb gehen oder im Regelbereich der P-f-Kennlinie arbeiten. Es gilt zu überprüfen, ob Kraftwerke das das auch dauerhaft bei variierenden Lasten können. Grundsätzlich könnte sich dann die zusätzliche Erzeugung aufgrund der geringen Trägheit sogar stabilisierend beziehungsweise entlastend auf eine entsprechende Versorgung auswirken. Weniger gut geeignet sind jedoch Anlagen mit einer entsprechenden harten Abschaltung bei unterschiedlichen Frequenzen, sowie der Anteil der Altanlagen, welche von der Nachrüstpflicht nach der Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) ausgenommen sind.

Auch das Zuschaltverhalten der Anlagen mit der Gradientenbegrenzung ist zu berücksichtigen, da es hierdurch auch zu Leistungspendelungen mit entsprechenden Stabilitätsproblemen kommen kann. Kritische Größe ist der unbekannte Anteil von Erzeugungsanlagen verschiedener Generationen und damit mit verschiedenem Erzeugungssverhalten.

Robuste Regelung für das gesamte Netz

Zur Erforschung eines entsprechend robusten Regelkonzeptes bilden die Ingenieure im Projekt LINDA das gesamte dynamische Netzverhalten mit den verschiedenen Mechanismen der Erzeuger und Verbraucher in einer Simulation ab. Hierbei sind neben den Regel-Eigenschaft der Wasserkraftwerke auch das Verhalten der eventuell im Inselnetz vorhandenen dezentralen Erzeugungsanlagen wie Biomasse, Blockheizkraftwerke und Photovoltaik in der Simulation nachzubilden. Anschließend gilt es, ein neues Regelkonzept zu entwickeln und in die Regler der Kraftwerke und Anlagen zu implementieren. Das Regelkonzept sollte über einen weiten Arbeitsbereich stabil sein, damit möglichst keine individuelle Anpassung auf das lokale Netz erfolgen muss beziehungsweise keine ständige Nachführung der Regelparameter bei sich verändernden Randbedingungen erforderlich ist. Das könnten zum Beispiel Netzausbau, Zuwachs von EEG-Anlagen oder die Installation von Speichern – auch in Elektrofahrzeugen sein.

Die entsprechende Technik soll so gestaltet werden, dass sie auch im Normalbetrieb den technischen Richtlinien des FNN und der der ENTSO-E entspricht und damit den vollen Beitrag zur Systemstabilität leistet. Des Weiteren sind Schutzkonzepte für den Inselnetzbetrieb aufgrund der stark verringerten Kurzschlussleistung zu entwickeln. Grundlage bildet eine Analyse der von einem nicht oder nur teilweise nicht selektiven Schutz in einer solchen Situation ausgehenden Gefahren. Diese Schutzkonzepte müssen beim Erkennen des Inselnetzbetriebes durch das Netzleitsystem aktiviert werden.

Die zentralen Aufgabenfelder des Projekts

  • Regeln für den stabilen Betrieb von Inselnetzen ohne eigene Kommunikationsinfrastruktur bei Großstörungen zur Versorgung kritischer Infrastruktur über das vorhandene Netz mit einem hohen Anteil dezentraler, netzgekuppelter Erzeugungsanlagen.
  • Nutzung der Erkenntnisse zur Weiterentwicklung von Netzwiederaufbaukonzepten bei Netzen mit einer hohen Durchdringung von dezentralen Erzeugungsanlagen.

Eine wesentliche Komponente im Projekt ist der Nachweis der in der Simulation gewonnenen Erkenntnisse in einem Feldversuch. Hierzu wird ein vorhandenes Wasserkraftwerke der Bayerischen Elektrizitätswerke für den Inselnetzbetrieb entsprechend angepasst. In unmittelbarer Nähe befinden sich mehrere Biogasanlagen und Ortschaften mit vielen kleinen PV-Anlagen und abschaltbaren Verbrauchern.

An diesem konkreten Netz soll in drei aufeinander aufbauenden Versuchen der praktische Nachweis eines stabilen Inselnetzbetriebes im Krisenfall erbracht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse jedes Versuchs fließen die Simulationen ein. Sie dienen der Verbesserung und Validierung der theoretischen Modelle. 

Projektlaufzeit

08/2015 – 07/2018

Kontakt

Dr. Georg Kerber
Verbundkoordinator
LEW Verteilnetz GmbH - Netzplanung
Hübnerstr. 3
86150 Augsburg

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

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