Bislang hat in der Energietechnik Wechselstrom den Markt beherrscht. Aber Gleichstrom bietet vor allem auf langen Übertragungswegen wesentliche Vorteile.
Schaubild einer Wechselspannungsamplitude. Bei der elektrischen Energieübertragung ist vor allem die einfache Transformierbarkeit ein großer Vorteil.
Bild: Parick Schnabel/www.elektronik-kompendium.de
Gleich-WechselstromWechselstrom
Wechselstrom zeichnet sich durch eine periodisch wechselnde Polarität aus. Im europäischen Verbundnetz beträgt die Frequenz einheitlich 50 Hz, die Spannung variiert je nach Spannungsebene. Wechselstrom hat den großen Vorteil, dass er sich relativ leicht mittels Transformatoren auf unterschiedliche Spannungen heben beziehungsweise senken lassen kann. Daher ist Wechselstrom in Energienetzen weltweit am häufigsten im Einsatz. Zudem ist die Erzeugung von Wechselstrom mittels Synchron- oder Asynchronmaschine vergleichsweise simpel.
31.01.2018 –
Die Betriebsweise von Strom-Verteilnetzen ändert sich durch die Energiewende erheblich. Zunehmend arbeiten dezentrale Systeme über das Internet zur Steuerung mit zentralen Leitwarten der Energieversorger zusammen.
27.06.2017 –
Auf Einladung des Projektträgers Jülich trafen sich am 22. und 23. Juni rund 80 Wissenschaftler des Forschungsnetzwerks Stromnetze im Forschungszentrum Jülich.
03.05.2016 –
In einem Feldversuch zeigt Wilpodsried, wie die Energiewende funktionieren kann. Dazu erschaffen Wissenschaftler ein stabiles Netz, das sie vom Verbundnetz trennen können.
22.02.2016 –
Mehr Netzeinspeisung führt zu einer höheren Spannung. Green Access untersucht Regelungen, wie das Spannungsband bei guten Wetterbedingungen eingehalten werden kann.
13.01.2016 –
Bereits zum dritten Mal treffen sich Fachleute der Stromnetz-Branche in Berlin zur Konferenz zukünftige Stromnetze für erneuerbare Energien.
09.12.2015 –
Im BINE Projektinfo Stromnetz mit starker DNA wird das Vorgängerprojekt GENESYS beschrieben. Das Ziel bei diesem Projekt: Ein kostenoptimales Netz von Grund auf konzipieren.
Im Projekt SADE entwickeln Wissenschaftler eine Methodik und die Werkzeugumgebung womit sich energietechnische Netzwerkszenarien auf virtueller Ebene modellieren, simulieren und analysieren lassen. Dies soll Planung und Betrieb wirkungsvoll unterstützen.
Im Forschungsprojekt Monalisa entwickeln Wissenschaftler ein Frühwarnsystem das betriebsgefährdende Zustände in Hoch- und Höchstspannungs-Anlagen erkennt. Dabei spielt eine faseroptische Sensorik eine entscheidende Rolle. Sie überwacht die Funktion der Anlagen und Betriebsmittel um entstehende Schädigungen frühzeitig zu erkennen. Das System soll darüber hinaus auch eine Fehleranalyse und Fehlerortung liefern und eine Netzsteuerung ermöglichen.
Industrielle Produktionsanlagen weisen meist eine Vielzahl elektrischer Teilsysteme auf, deren Funktionalität von der Versorgungszuverlässigkeit und der Spannungsqualität des elektrischen Netzes abhängig ist.
Mit der Neuauflage des Gesetzes für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG) von 2012 wurde der Ausbau erneuerbarer Energiewandlungseinheiten weiter forciert.
Die rasant wachsende Einspeisung von Elektroenergie aus erneuerbaren Quellen in das Stromnetz stellt die Energieversorgung in ganz Deutschland vor große Herausforderun-gen.
Im historisch gewachsenen deutschen Stromnetz war der Leistungsfluss im Mittel- und Niederspannungsnetz typischerweise durch eine zentralisierte Energieverteilung gekennzeichnet.
Das Projekt verbindet Energiemärkte und –netze angelehnt an die BDEW-Ampel. Über eine neue Plattform haben Netzbetreiber die Möglichkeit auf Flexibilität zuzugreifen und lokale Netzengpässe zu vermeiden und die Netzplanung zu optimieren.
Die zunehmende Transformation des Energieversorgungssystems zu einer dezentral dominierten Erzeugungsstruktur und die zugleich zunehmenden Entfernungen zwischen Erzeugungs- und Lastzentren (insb. Offshore Wind) stellt Verteilungs- und Übertragungsnetzbetreiber vor zahlreiche neue Herausforderungen hinsichtlich des Netzbetriebs.
Ein wesentlicher Aspekt zur Stabilität zukünftiger Stromnetze ist die stufenlose Bereitstellung von kapazitiver und induktiver Blindleistung. Dies wird mit leistungselektronischen Wandlern, sogenannten STATCOMs (Static Synchronous Compensator), ermöglicht.
In Folge des Energiekonzepts der Bundesregierung sowie der Entscheidungen zum Energiepaket ist künftig mit einer noch höheren Einspeisung erneuerbarer Energien in die Netze zu rechnen.
Das Ziel von NeToVe ist eine gewohnt hohe Versorgungszuverlässigkeit bei verstärkter horizontaler Einspeisung von dezentralen Energieerzeugungsanlagen sicherzustellen.
Gleichspannungsnetze können eine Schlüsselfunktion auf dem Weg zu einem Energiesystem mit überwiegend dezentraler Einspeisung werden. In DC-Direkt werden Möglichkeiten untersucht.
Das Stromnetz ist keine Einbahnstraße mehr. Der Zubau weiterer regelbarer dezentraler Anlagen verursacht für Verteilnetze neue Aufgaben: Sie müssen nicht nur Strom verteilen, sondern ihn von dezentralen anlagen integrieren.
In NETZ:KRAFT erarbeiten Forscher Netzwiederaufbau-Konzepte bei zukünftigen Kraftwerksstrukturen. Erneuerbare sollen und müssen dabei künftig mit einbezogen werden.
Im Falle einer Großstörung bis hin zum vollständigen „Blackout“ des Verbundnetzes müssen (Netz-)Betreiber die Wiederherstellung der Stromversorgung koordinieren.
Intelligente Verteilnetze können dabei helfen, mehr dezentrale Energieerzeugungsanlagen zu integrieren. Bei der gewohnten Versorgungsqualität und der -sicherheit.
Erneuerbare Energieerzeugungsanlagen müssen Blindleistung bereitstellen, wenn sie immer mehr Großkraftwerke ersetzen. Eine Lösung könnten virtuelle Kraftwerke sein.
In der Vergangenheit wurden auftretende Spannungsprobleme vor allem durch konventionellen Netzausbau gelöst. Mittlerweile gibt es andere Techniken, die in diesem Vorhaben technisch und wirtschaftlich untersucht werden.
Erneuerbare Energien können nur dann ein stabiles Stromnetz bilden, wenn es gelingt Erzeugung und Verbrauch so vorherzusagen, dass die angebotenen und nachgefragten Lasten im Netz identisch sind.
Die Wandlung der Stromnetze lässt sich in vielen Fällen mit probabilistischen Methoden vorhersagen. Immer komplexere Netze benötigen neue Berechnungsmethoden.
Solaranlagen speisen je nach Standort zu verschiedenen Zeiten eine unterschiedliche Menge Energie in das Netz. Sind die Energieflüsse bekannt, lässt sich die Energie besser integrieren.
Das Hauptziel des Forschungsvorhabens SINERGIEN ist, eine Simulationsumgebung für zukünftige intelligente Stromversorgungssysteme auf der Verteilnetzebene zu schaffen.
Ein längerer Stromausfall hätte schwerwiegende Folgen. Damit das nicht passiert gilt es, das Netz schnell wieder aufzubauen. Möglichkeiten dazu zeigt das Forschungsprojekt LINDA.
Eine Lösung der schwankenden Stromeinspeisung: die Stromnachfrage an die -erzeugung anpassen. Zum Beispiel mit gesteuerten Lasten von Industriebetrieben.
Im jetzt gestarteten Forschungsvorhaben DynaGridCenter arbeiten Wissenschaftler an neuen Steuerungs- und Regelungstechniken, um das Stromnetz auf die Anforderungen der Energiewende vorzubereiten.
Mit einer zunehmenden Einspeisung aus erneuerbaren, dezentralen Energiequellen in das bestehende Stromnetz kommen vor allem auf die Verteilnetze neue Aufgaben zu.
Das Forschungsprojekt RegEnKibo modelliert und validiert das Strom- und Gasnetzes von Kirchheimbolanden beispielhaft anhand von Echtzeitdaten und führt die Daten anschließend zusammen.
Sowohl die Strukturen, als auch die Steuerung Stromnetzes wird sich mit der Energiewende radikal verändern. Die Rollen der Verbraucher und Erzeuger wechseln sich ab.
Einspeisung über Leistungselektronik führt zu Oberschwingungen im Netz. Im Projekt NetzHarmonie sollen sie zunächst identifiziert und anschließend in einem zweiten Schritt beseitigt werden.
Neue Lösungen für eine hohe Einspeisung von erneuerbarem Strom. Die Regelverfahren im Forschungsprojekt Transstabil-EE ermöglichen eine Regelung ohne den Einsatz von konventionellen Kraftwerken.
Um Blindleistungsströme effektiv kompensieren zu können, entwickeln Forscher Regelstrategien, die dezentrale Erzeugungsanlagen und industrielle Großabnehmer gemeinsam betrachtet.
Ein vernetztes Kompensations-System zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens und der Spannungsqualität von Stromnetzen kann die Versorgungssicherheit gewährleisten.
Im Forschungsvorhaben „OpSimEval“ erweitern die Projektpartner Fraunhofer IWES und die Universität Kassel das erfolgreiche Vorgängerprojekt OpSim um zwei wichtige Funktionen.
Im Projekt ISOSTROSE erforschen die Projektpartner ein Monitoringsystem für Verteilnetztrassen. Das dient dazu, Erdfehler an Hochspannungsfreileitung präzise zu lokalisieren.
Im Vorhaben REGEES entwickeln Wissenschaftler neue Betriebsführungs- und Regelungsstrategien. So kann das Stromnetz auch in Zukunft erneuerbare Energien integrieren und bleibt stabil.
Es ist keine einheitliche Planung von Energieerzeugung und -transport mehr möglich. Eine Rolle für eine ökonomische Energieversorgung kommt den Elektrizitätsmärkten zu.
Das Ziel ist der Wissenschaftler ist es, das Netz so zu gestalten, dass es sich eigenständig auf zukünftige Last- und Einspeiseveränderungen sowie variierende Netztopologien einstellt.
Bei Großstörungen müssen Photovoltaik- und Windenergieanlagen am Netz bleiben, um einen systemstützenden Beitrag zu liefern. Kann die Frequenzstabilisierung in die Verteilnetze verlagert werden?
Die elektrische Energieversorgung in Deutschland wird immer mehr durch erneuerbare Energieerzeugungsanlagen geprägt. Welche Folgen haben weniger Großkraftwerke für das Stromnetz?
Im Zuge des Zubaus von erneuerbaren, volatilen Erzeugungsanlagen wandelt sich der Markt für Systemdienstleistungen. Denn konventionelle Kraftwerke und Erneuerbare haben einige Unterschiede.
Um Versorgungssicherheit und Netzstabilität zu gewährleisten, ist es notwendig, den Netzzustand stetig zu überwachen. "Fühler im Netz" untersucht die Überwachung mittels Breitband-Powerline-Technologie.
Ziel des Projekts ist die Analyse und Bewertung von Markt- und Netzanbindungsvarianten eines Offshore-Stromnetzes hinsichtlich deren Auswirkungen auf das Verbundnetz.
Hintergrund ist der zunehmende Anspruch an dezentrale Stromerzeuger und -verbraucher einen Beitrag zu Systemdienstleistungen, Systemstabilität und Versorgungssicherheit zu leisten.
Das Übertragungsnetz gerät bei hohen Windeinspeisungen an die Grenzen seiner Belastbarkeit. DCCTL bietet die Technik für gasisolierte Gleichspannungsverbindungen, die das Netz entlasten können.
Teilen sich mehrere Schalter in Gleichspannugskreisen die Aufgaben kann das für das Gesamtsystem Vorteile haben. Zum Beispiel eine größere Sicherheit, weniger Verluste, günstigere Betriebsmittel.
Das Projekt SEnCom soll sicherheits- und zuverlässigkeitsrelevante Herausforderungen bei der Integration einer Kommunikationsinfrastruktur in den Verteilungsnetzen aufdecken.
Die Mittel- und Niederspannungsverteilnetze stoßen mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien an ihre Aufnahmegrenzen. Folge: Probleme mit der Spannungshaltung und Betriebsmittelüberlastungen.
Verlässliche Kriterien zur Stabilität, Ausfallsicherheit, Risiken und Marktanbindung zukunftsfähiger Stromnetze erarbeiten Wissenschaftler zusammen mit Industriepartnern.
Probleme mit Überhitzung können Speicher, Abregelung oder Netzausbau lösen. Für Spannungsgrenzwertverletzungen stehen weitere technische Optionen zur Verfügung.
Im Projekt PolyEnergyNet beschäftigen sich die Entwickler um Projektkoordinator Dr. Ralf Levacher mit dem Aufbau eines widerstandsfähigen Netzes auf Mittel- und Niederspannungsebene.
Nach welcher Betriebsdauer sollten Isolatoren ausgetauscht werden? Kann man den Austausch mit anderen Komponenten durchführen, um Abschaltzeiten und Kosten niedrig zu halten?
Ziel des Projekts ist der Vergleich netzoptimierender Maßnahmen. Das soll einen Beitrag zur Netzplanung liefern, die verschiedene Facetten der Energieerzeugung berücksichtigt.
Das Verbundvorhaben KonVeTrO untersucht, inwiefern das Energieversorgungssystem ausgebaut werden muss, um die Herausforderungen der Energiewende meistern zu können.
Mit dem Umstieg auf eine Energieversorgung, die im Endausbau fast ausschließlich aus erneuerbaren Quellen gespeist werden soll, führen die ‚Unsicherheiten‘ dieser Quellen zu großen Herausforderungen.
Belastbare Daten der europäischen Übertragungsnetze ermöglichen Forschungen zum Beispiel in Bezug auf die Auslegung von Stromnetzen und Aspekte der Netzplanung von Energiesystemen.
Im Forschungsvorhaben STERN arbeiten die Forscher an einer möglichst exakten Abbildung des residualen Lastverlaufs für Analysen des zukünftigen Stromversorgungssystems.
Das Ziel: eine verallgemeinerte Beschreibungsform und Automatisierungs-Architektur für Stromnetze. Das Besondere: sie erfüllt die geforderte Flexibilität, Adaptivität und Nachhaltigkeit.
Eine große Herausforderung auf dem Weg zu einer vermehrten Einbindung von regenariven Energien ist die Bereitstellung von Regelleistung. Denn sie ist für einen stabilen Netzbetrieb wichtig.
Eine dezentrale Energieerzeugung benötigt neue Techniken für den Netzschutz im Verteilnetz. Das Ziel ist es, die Anforderungen bei einem hohen Anteil dezentraler Einspeisungen zu bestimmen.
Windparks auf hoher See bieten für die Stromproduktion wesentliche Vorteile. Doch wie lassen sich die neu gebauten Windparks sinnvoll in das bestehende Stromnetz integrieren?
Mit neuen Analysemethoden der Plasmatechnik lassen sich Teilentladungen von Hochspannungsbauteilen besser beschreiben. So lassen sich kommende Defekte besser vorhersagen.
Wie könnte ein optimales Stromnetz in Europa aussehen? GENESYS2 geht der Frage nach, wie sich das bestehende Stromnetz im Zuge der Energiewende optimal erweitern lässt.
Mehr Strom aus dezentralen Quellen macht es notwendig, Transportkapazitäten für elektrische Energie zu schaffen. Die Phänomene beeinflussen sich und bestimmen die Stromtragfähigkeit.
Das Entwicklungsziel: Eine miniaturisierte Sensorplattform, die mit dem Prinzip der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) arbeitet. Sie soll Änderungen der chemischen Zusammensetzung verschiedener Flüssigkeiten erkennen.
Der Netzausbau stellt die Überwachung von Betriebsmitteln vor Herausforderungen. Im Projekt iMonet entwickeln Forscher ein Messverfahren mit dem Ziel, eine höhere Netzsicherheit bei kritischen Betriebszuständen zu ermöglichen.
In ländlichen Regionen können Überlastungen Netzspannungen außerhalb der vorgegebenen Toleranzen verursachen. Mit dem im Projekt FLOW-R entwickelten Regler lässt sich die Spannung regeln.
Um den Zustand in Niederspannungsnetzen in Echtzeit zu ermitteln bedarf es neuer Messgeräte und -methoden. Damit lässt sich der Netzzustand einer Ortsnetzstation eigenständig bewerten.
Mit dem Ausbau der regenerativen Energien muss in den kommenden Jahren mehr elektrische Energie transportiert werden. Vor allem große Windparks im Norden und die Lastzentren im Süden machen einen Leistungstransport unumgänglich.
Das Ziel des Projektes IREN2 ist ein Regelungssystem für Microgrids. Das ist notwendig, um den regenerativ erzeugtem Strom unter den Anforderungen an die Netzbetriebsführung zu integrieren.
Wie gut können erneuerbare Energieerzeugungsanlagen das Stromnetz stützen? Mit den Ergebnissen des Projekts Allfred sollen verschiedene Aspekte mit nur einem System überprüfbar werden.
Virtuelle Kraftwerke, aktive Verteilnetze, intelligente Zähler und adaptive Schutzsysteme. Hier gibt es Informationen zu den wichtigsten Punkten eines Smart Grid.
