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NeToVe

Verbesserte Topologie hilft, mehr Energie in die Mittelspannung zu integrieren

Projektstatus
Begonnen
Im Forschungsvorhaben NeToVe zeigen Forscher, wie eine neue Netztopologie helfen kann, mehr dezentrale Energie ins Netz zu speisen.
Im Forschungsvorhaben NeToVe zeigen Forscher, wie eine neue Netztopologie helfen kann, mehr dezentrale Energie ins Netz zu speisen. Grafik: Siemens AG

Im Projekt NeToVe (für Neuartige Topologien für Verteilnetze) untersuchen Forscher unter der Leitung von Siemens Netztopologien von Verteilnetzen der Mittelspannungsebene. Das Ziel ist eine gewohnt hohe Versorgungszuverlässigkeit bei verstärkter horizontaler Einspeisung von dezentralen Energieerzeugungsanlagen (DEA) sicherzustellen. 

Im Rahmen der Energiewende soll die Einspeiseleistung von dezentralen Energieerzeugungsanlagen deutlich erhöht werden. Bis zum Jahr 2050 sollen erneuerbare Energien 80 Prozent des Stromes erzeugen – ein Großteil davon stammt aus dezentralen Anlagen, die direkt in das Verteilnetz auf der Nieder- und Mittelspannungsebene einspeisen. Doch die Netze sind für die neuen Aufgaben nicht ausgelegt. Die Folge können Überlastungen, Spannungsanhebungen, Rückspeisungen und steigenden Oberschwingungsbelastungen sein. Daher erforschen Wissenschaftler Lösungen, mit denen die Aufnahmekapazität der Verteilnetze steigt und sie für zukünftigen Anforderungen gerecht werden.

Konventioneller Netzausbau wäre eine Möglichkeit, er ist aber teuer. Alternative Lösungen können neuartige Netztopologien mit einem höheren Vermaschungsgrad sein. Sie bieten die Möglichkeit, größerer Last- und Einspeiseflexibilität zu erreichen, indem mehrere Versorgungsgebiete gekoppelt werden. Das erlaubt es, die Aufnahmekapazität für die horizontale Einspeisung von DEA zu vergrößern. Das gilt vor allem in Gebieten, in denen Verteilnetzgebiete mit hohem Anteil an DEA und solche mit einem hohen Verbraucheranteil aber wenig dezentraler Einspeisung benachbart sind. Durch eine koordinierte Erhöhung des Vermaschungsgrades unter Einhaltung der erlaubten Betriebsmittelbelastung durch zum Beispiel kurzschlussstrombegrenzende Maßnahmen und Lastflusskontrolle beziehungsweise -steuerung kann die Versorgungszuverlässigkeit und Versorgungsqualität verbessert werden. 

Mit optimalen Netzen den Netzausbau verringern

Der Ist-Zustand: Das Netz ist klassisch aufgebaut, die dezentralen Anlagen speisen ins Mittelspannungsnetz ein. Über die Hochspannung kommt der Strom zum Verbraucher.
Der Ist-Zustand: Das Netz ist klassisch aufgebaut, die dezentralen Anlagen speisen ins Mittelspannungsnetz ein. Über die Hochspannung kommt der Strom zum Verbraucher. Grafik: Siemens AG

Ein solcher Eingriff ist nur mit Hilfe neuer Betriebsmittel und weiterentwickelter Netzschutztechnik möglich. Deren Anforderungen erarbeiten die Projektpartner neben dem grundsätzlichen Einfluss veränderter Netztopologien wissenschaftlich. Die veränderte Netztopologie soll dabei helfen, vorhandene Betriebsmittel in den bestehenden Netzreserven besser auszunutzen. Dadurch können die Verteilnetze mehr erneuerbare Energien integrieren. Das wiederum vermindert den notwendigen Netzausbau, da möglichst viel der vorhandenen Infrastruktur genutzt werden kann. 

Neue Netztopologie: eine engere Vermaschung hilf dabei, mehr Energie ins Netz einzuspeisen. In benachbarten Netzen fließt ein Teil der Energie dann direkt an die Verbraucher.
Neue Netztopologie: eine engere Vermaschung hilf dabei, mehr Energie ins Netz einzuspeisen. In benachbarten Netzen fließt ein Teil der Energie dann direkt an die Verbraucher. Grafik: Siemens AG

Ziel des Projektes ist es, neuartige, zum Beispiel stark vermaschte Netztopologien und eng gekoppelte Versorgungsbereiche der Mittelspannungs-Verteilnetze zu untersuchen. So soll einerseits die technische Machbarkeit und die Einschränkung bei der Steigerung des Vermaschungsgrades aufgezeigt und andererseits gezeigt werden, wie durch die Vermaschung  veränderte Betriebsbedingungen beherrscht werden können. Es soll untersucht werden, wie eine Änderung der Netztopologie die bisher hohe Versorgungszuverlässigkeit gewährleisten kann. Dies soll nach Ansicht der Forscher trotz hoher Einspeisung in die Verteilnetze bei gleichzeitig gesenktem Investitionsbedarf und Aufwand für den Netzausbau realisierbar sein. Dabei berücksichtigen sie zum Beispiel strombegrenzende und lastflussbeeinflussende Betriebsmittel oder Methoden und neue Schutzkonzepte.

Neuer Ansatz ohne Einschränkung des Nutzerverhaltens

Diese Untersuchungen sollen an ausgewählten realen Beispielnetzen mit Hilfe quasi-stationärer Netzstudien durchgeführt werden. Die Projektpartner betrachten unterschiedliche Szenarien bezüglich Ort und Leistung der Erzeugungsanlagen und Verbraucher. Im nächsten Schritt untersuchen sie, wie ausgewählte Beispielnetze auf eine stärkere Vermaschung und Ausweitung des Versorgungsgebietes reagieren. Hierfür soll unter anderem die Veränderung des Lastflusses, der Anstieg des Kurzschlussstroms sowie die Anforderungen an die neu zu gestaltende Schutztechnik und die Methoden zur Schutzkoordination mit dem Netz untersucht werden. Die Wissenschaftler erwarten, dass sie während des Forschungsvorhabens über die Erhöhung der Vermaschung hinaus weitere strukturelle Maßnahmen finden und erarbeiten werden, um Verteilnetze leistungsfähiger zu gestalten. 

Der untersuchte Ansatz unterscheidet sich grundsätzlich von den bekannten Ansätzen mit reiner Erzeugungs- und Verbraucherkontrolle. Diese sind zum Beispiel in Smart-Grid-Konzepten angedacht. Durch die engere Vermaschung und Ausweitung des Versorgungsgebietes wird die Übertragungs- und Verteilkapazität bestehender Verteilnetze erhöht. Das geschieht mit gezieltem Einsatz von neuartigen Betriebsmitteln zur Kurzschlussstrombegrenzung in bestehender Infrastruktur in Verbindung mit neuen Schutzkonzepten. Endkunden werden dabei nicht in ihrem Nutzerverhalten eingeschränkt. Ein großflächiger Leitungsneubau soll insbesondere auch durch die Nutzung bereits vorhandener Verbindungsleitungen vermieden werden. Die Leitungen werden offen betrieben, da ein geschlossener Betrieb aus physikalischen und technischen Gründen derzeit nicht möglich ist.

Projektlaufzeit

10/2014 – 09/2017 

Kontakt

Dr. Christian Schacherer
Projektleiter
Siemens AG
Günther-Scharowsky-Str. 1
91058 Erlangen
+49 9131-730486

Forschungsförderung

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

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