TY - THES A1 - Samborsky, Michael T1 - Conceptual aspects of future High Voltage Direct Current (HVDC) electrical power transmission networks T1 - Konzeptionelle Aspekte für ein kommendes Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetz (HGÜ) N2 - A continually growing demand for reliable energy supply makes existing power systems more heavily loaded and evokes engineers and experts to look for feasible immediate solutions in power energy transmission. One of these solutions might be a bulk power transmission network at extra high voltages based on direct current. Currently, high voltage direct current (HV DC) transmission has been only realized in point-to-point systems and back-to-back arrangements. Thus, the next logical step in this development would be an HV DC network. In principle, it might have certain advantages over a conventional high voltage AC system, as it could be less closely meshed covering larger areas and transmit higher electric power with lower losses. However, no well-grounded investigations concerning possible layout and operation of an HV DC network are publicly available. Experience from the HV DC lines does not allow to make substantial conclusions regarding the requirements for an HV DC network. Therefore, some basic questions on the operation of an HV DC network need to be answered mainly from systems simulations. N2 - Die ständig wachsende Nachfrage nach zuverlässiger Energieversorgung verursacht eine höhere Belastung vorhandener Energiesysteme und veranlasst Ingenieure und Experten, nach machbaren Lösungen in Energieübertragungssystemen zu suchen. Eine dieser Lösungen könnte ein leistungsstarkes Übertragungsnetz bei hohen Spannungen auf der Basis von Gleichstrom sein. Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen (HGÜ) werden bislang nur als Punkt-zu-Punkt-Systeme und als Kurzkupplungen ausgeführt. Prinzipiell würde jedoch ein HGÜ Netz wesentliche Vorteile gegenüber einem Hochspannungs-Drehstromnetz bieten, da es weiträumiger gespannt und für die Übertragung höherer elektrischer Leistungen geeignet sein könnte. Grundlegende Untersuchungen für die Gestaltung und den Betrieb eines HGÜ-Netzes liegen jedoch nicht vor. Erfahrungen aus dem Betrieb der HGÜ-Leitungsverbindungen ermöglichen keine wesentlichen Schlüsse auf die Erfordernisse eines Gleichspannungsnetzes. Daher sind im Rahmen einer Netzsimulation im HGÜ-Netzbetrieb voraussichtlich auftretende Fragestellungen zu klären. KW - HVDC KW - Power transmission KW - Transient process KW - Energy system KW - High voltage KW - HGÜ KW - Energieübertragung KW - Übergangsprozess KW - Energiesystem KW - Hochspannung KW - Elektrisches Energiesystem KW - Hochspannungsgleichstromübertragung Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43658 ER - TY - THES A1 - Kuprat, Mark Sebastian T1 - The potential of renewable energy sources and integrated energy in the ENTSO-E : a techno-economic potential analysis within an energy balance assessment T1 - Das Potential der erneuerbaren Energien und integrierter Energiesysteme im Verband der Europäischen Übertragungsnetzbetreiber - ENTSO-E : eine techno-ökonomische Potentialanalyse im Rahmen einer energiebilanziellen Bewertung N2 - This analysis aims at the investigation of the techno-economic RES potentials and to minimize GHG emissions in the ENTSO-E. The ENTSO-E represents one of the world’s largest economic regions with a GDP of 19,835 billion US dollar (23%) and a primary energy consumption of 29,705 TWh (18%). ENTSO-E is coined with high degrees of fossil energy dependencies (49.9%) from third-party countries and contributes 3,517 Mt CO2eq (9%) to global GHG emissions. The Primary Sources onshore wind, offshore wind, utility-scale PV, and CSP techno-economic potentials are assessed via GIS-based georeferenced spatial analysis. Solar rooftop potentials are calculated based on a per capita approach. The Secondary Sources bioenergy, hydropower, geothermal, and hydrokinetic energy potentials are approximated based on meta-analysis. Primary and Secondary Sources potentials are input into the IES linear optimization model to simulate an energy system with high shares of RES and PTX. It is found that RES-based primary energy production potentials account for 13,492 TWh and energy dependency could be reduced by 6,482 TWh to 20.5%. Compared to the base year 1990, the direct GHG emission reduction amounts to 3,246 Mt CO2eq (70.7%). This reduction does not correspond with the EU reduction target of 80–95%. Hence, RES-based fuel imports, such as synthetic fuels and hydrogen, from third-party countries become necessary, to substitute fossil fuels and reduce domestic emissions. Additional GHG reduction potentials are suspected in the indirect emission sectors agriculture and waste management. In reference to the Sankey methodology, the analysis entails comprehensive energy flow balances for the ENTSO-E 2016 and 2050 energy systems. The ENTSO-E member countries exhibit heterogeneous properties regarding RES potentials, GHG emissions, and energy dependencies, and, hence, must be assessed individually. Integrated energy systems with high shares of RES and PTX represent a promising means to decrease direct energy use and non-energy use emissions as well as energy dependencies significantly. N2 - Die vorliegende Arbeit zielt auf die Untersuchung der techno-ökonomischen Potentiale der erneuerbaren Energien und die Minimierung der Treibhausgasemissionen im Verband der Europäischen Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E) ab. Mit einem BIP von 19.835 Milliarden US-Dollar (23%) und einem Primärenergieverbrauch von 29.705 TWh (18%) repräsentiert ENTSO-E eine der größten Wirtschaftsregionen der Welt. ENTSO-E ist dabei durch eine hohe Energieimportabhängigkeit von fossilen Energieträgern (49,9%) aus Drittländern geprägt und trägt 3.517 Mt CO2eq (9%) zu den globalen Treibhausgasemissionen bei. Die techno-ökonomischen Potentiale der Primärquellen Onshore-Wind, Offshore-Wind, PV und CSP wurden mittels GIS-basierter und georeferenzierter Analyse ermittelt. Die Potentiale von Solardächern wurden auf der Grundlage eines Pro-Kopf-Ansatzes berechnet. Die Potentiale der Sekundärquellen Bioenergie, Wasserkraft, Geothermie und Hydrokinetik wurden auf der Grundlage einer Meta-Analyse ermittelt. Die Potentiale der Primärquellen und Sekundärquellen wurden anschließend als Input für das lineare IES-Optimierungsmodell genutzt, um ein Energiesystem mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und PTX zu simulieren. Es wurde festgestellt, dass sich das Potential der Primärquellen auf 13.492 TWh beläuft und die Energieimportabhängigkeit um 6.482 TWh auf 20,5% reduziert werden konnte. Im Vergleich zum Basisjahr 1990 umfasst die Reduzierung der Treibhausgasemissionen 3.246 Mt CO2eq (70,7%). Diese Verringerung entspricht nicht dem EU-Reduktionsziel von 80-95%. Daher werden auf erneuerbaren Energieträgern basierende Kraftstoffimporte, wie bspw. synthetische Kraftstoffe und Wasserstoff, aus Drittländern erforderlich, um die fossilen Kraftstoffimporte zu ersetzen und die inländischen Emissionen zu verringern. Zusätzliche Treibhausgasminderungspotentiale werden in den indirekten Emissionssektoren Landwirtschaft und Abfallwirtschaft vermutet. In Anlehnung an die Sankey-Methodik beinhaltet die Arbeit umfassende Energieflussbilanzen für die ENTSO-E Energiesysteme 2016 und 2050. Die ENTSO-E Mitgliedsländer weisen dabei heterogene Eigenschaften in Bezug auf die spezifischen EE-Potentiale, THG-Emissionen und Energieimportabhängigkeiten auf und müssen daher individuell bewertet werden. Als Ergebnis stellen integrierte Energiesysteme mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und PTX ein vielversprechendes Mittel dar, um die energetischen und nichtenergetischen Emissionen sowie die Energieimportabhängigkeiten signifikant zu verringern. KW - ENTSO-E KW - RES KW - PTX KW - GIS KW - GAMS KW - EE-Potentiale KW - Sektorenkopplung KW - Europa KW - Energiebilanzen KW - Sankey KW - Europa KW - Energiebilanz KW - Erneuerbare Energien KW - Übertragungsnetz Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61397 ER - TY - THES A1 - Venna, Karthik Reddy T1 - A Simulation analysis to improve the dielectric strength inside High Voltage Vacuum Interrupters T1 - Simulationsanalyse zur Verbesserung der dielektrischen Festigkeit im Inneren von Hochspannungs-Vakuumschaltröhren N2 - Vacuum circuit breakers are expected to be one of the possible alternatives for SF6 circuit breakers in transmission voltages up to 230kV because of the excellent insulation as well as environmental friendly characteristics of vacuum. But for higher voltages, maintaining the electrical insulation inside and outside the interrupter tube is very important and becoming a challenge for the design engineers. Normally a vacuum interrupter consists of metal shields sandwiched between the ceramic insulator blocks inside the tube. The primary purpose of these metal shields is to protect the insulator walls by avoiding metal vapor deposition during the arcing process. On the other hand, these metal shields also influence the electric field distribution inside the interrupter tube. The presence of the metal shields may reduce the dielectric strength of the interrupter tube if proper measures are not taken. This research is devoted to provide the information about the possible areas inside and outside the interrupter tube that are considered as critical in terms of dielectric strength because of the presence of metal shields. Possible solutions are also given in this thesis to overcome the high field stress in these critical areas with the help of 2D simulations that are simulated in ANSYS Maxwell. The critical areas and their respective solutions presented in this work are (1) unidentified edges outside the interrupter tube which are formed by the metal shields that are inserted between the ceramic blocks. These edges, at high field stress, may act as a source of discharges between the interrupter tube and the outer insulator. This problem can be reduced by the combination of using a pressurized insulating gas (which is in this case N2) between interrupter tube and outer insulator and by extending the unidentified edges and covering them with field grading rings which are conductive in nature. (2) Triple junctions (Vacuum-Ceramic-Metal shield) are the sources of high field stress inside the interrupter tube and are considered as a primary source of Secondary Electron Emission Avalanche that takes place on the (3) ceramic surface. The triple junction emissions can be avoided by properly designing the insulator geometry at point of contact with the metal shield. In addition, inserting metal parts of certain depth at the both ends of the ceramic insulators can also reduce the field stress at the triple junctions and avoid surface flashovers on the ceramic surface. (4) The gap between the metal shield and the contact rod is also considered to be a critical area which can be highly stressed (field) if the geometry of metal shield curvature is not properly designed. Various metal shield curvatures are proposed and simulated and an optimum geometry is suggested that reduces the electric field stress between the metal shield and contact rod. Using this optimized metal shield curvature, the diameter of the interrupter tube can be reduced considerably which in turn reduces the size of the interrupter tube. N2 - Vakuum-Leistungsschalter sind eine der möglichen Alternativen zum SF6-Leistungsschalter in den Übertragungsspannungen bis 230kV auf Grund der ausgezeichneten Isolierung sowie umweltfreundlichen Eigenschaften des Vakuums sein. Aber für höhere Spannungen ist das Aufrechterhalten der elektrischen Festigkeit innerhalb und außerhalb der Schaltröhre sehr wichtig und immer eine Herausforderung für die Entwicklungsingenieure. Normalerweise enthält eine Vakuumschaltröhre Metallabschirmungen, die zwischen den Keramikisolatoren im Inneren der Röhre angeordnet sind. Der Hauptzweck dieser Metallabschirmungen ist, die inneren Wände des Isolators vor Metalldampf-Ablagerungen zu schützen, die während des Löschprozess auftreten. Diese Metallabschirmungen beeinflussen die elektrische Feldverteilung im Inneren der Schaltröhre und können daher die dielektrische Festigkeit der Schaltröhre reduzieren, wenn keine entsprechenden Maßnahmen getroffen werden. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, Informationen über die möglichen Bereiche innerhalb und außerhalb der Schaltröhre zu sammeln, die aufgrund der Anwesenheit von Metallabschirmungen als kritisch hinsichtlich der dielektrischen Festigkeit angesehen werden. Mögliche Lösungen werden in dieser Arbeit genannt, um die hohe Feldstärke in diesen kritischen Bereichen mit Hilfe von 2D-Simulationen in ANSYS Maxwell zu reduzieren. Die kritischen Bereiche und ihre jeweiligen Lösungen in dieser Arbeit sind (1) undefinierte Kanten der Metallabschirmung außerhalb der Schaltröhre, die zwischen den Keramikteilen auftreten. Diese Kanten können bei hoher Feldstärke als Quelle von Entladungen zwischen der Schaltröhre und dem äußeren Isolator wirken. Dieses Problem kann durch die Kombination eines unter Druck stehenden Isoliergases (in diesem Fall N2) zwischen der Schaltröhre und dem äußeren Isolator und durch die Verlängerung der undefinierten Kanten in leitfähige Feldsteuerringe hinein vermieden werden, die als Abdeckung wirken. (2) Triple-Punkte (Vakuum-Keramik-Metall Abschirmung) sind die Ursache einer hohen Feldstärke in der Schaltröhre und werden als primäre Quellen der Sekundärelektronenemission gesehen, die als Stoßentladung auf der Keramikoberfläche (3) auftreten. Die Triple-Punkte-Emissionen können durch die richtige Gestaltung der Isolatoren am Kontaktpunkt mit dem Metallschirm vermieden werden. Zusätzlich werden durch Einsetzen von Metallteilen bestimmter Tiefe an den beiden Enden der Keramikisolatoren auch die Feldstärke im Triple-Punkte Bereich reduziert und Überschläge auf der Keramikoberfläche vermieden. (4) Der Abstand zwischen der Metallabschirmung und dem Kontaktbolzen wird ebenfalls als kritischer Bereich durch das hoch belastete Feld betrachtet, wenn die Krümmung der Metallabschirmung nicht richtig ausgebildet ist. Verschiedene Krümmungen für die Metallabschirmung werden durch Simulation untersucht. Eine optimale Geometrie der Krümmungen wird vorgeschlagen, die die elektrische Feldstärke zwischen der Metallabschirmung und dem Kontaktbolzen reduziert. Mit dieser optimierten Krümmung der Metallabschirmung kann der Durchmesser der Schaltröhre und damit das Volumen der Schaltröhre erheblich reduziert werden. KW - High voltage vacuum interrupter KW - Triple junctions KW - Field grading rings KW - Metal shields KW - ANSYS maxwell KW - Triple-Punkte KW - Feldsteuerringe KW - Elektrische Feldstärke KW - Hochspannungs-Vakuumschaltröhre KW - Metallabdeckungen KW - Vakuumschalter KW - Hochspannungsschalter KW - Durchschlagsfestigkeit Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-33551 ER - TY - THES A1 - Xu, Ruoyu T1 - Comparison of switching behaviours between vacuum and SF6 technologies at 145kV network T1 - Vergleich der Schaltverhalten zwischen Vakuum und SF6 Technologien beim 145kV-Netz N2 - This PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuum technology shows its superiority in most of the switching duties although in some rare cases, SF6 technology still stands a chance to break it even. But if we take the environment and economic factors into consideration, vacuum is definitely worth investigating in the future market. N2 - Diese Doktorarbeit basiert auf einer grundlegenden Frage: Ob die Vakuum-Schalttechnik als potentieller Ersatz für die in Energieverteilungsnetzen bis 145 kV in jahrzehntelanger Praxis verwendete SF6-Technoligie geeignet ist, da gegen letztere Bedenken bezüglich der Umweltverträglichkeit bestehen. Die potenziellen Probleme für das vorgeschlagene Ersetzen sind vor allem in drei Bereichen identifiziert: (1) Schalten kleiner induktiver Ströme, (2) Schalten kapazitiver Lasten, und (3) Kurzschlüsse auf Freileitungen. Daher wurden drei Programmiermodelle für Leistungsschalter, basierend auf statistischen Angaben von Leistungsschalter-Herstellern, entwickelt: (1) ein auf maximales di/dt festgelegtes Modell, das für das Schalten kleiner induktiver Ströme und das Abschalten kapazitiver Ströme verwendet worden ist; (2) ein dynamisches di/dt-Modell, das vom klassischen Lichtbogenmodell nach Mayr übernommen worden ist; (3) ein Strommodell für das Einschalten kapazitiver Lasten. Daraus resultiert eine allgemeine Schlussfolgerung, dass die Vakuum-Schalttechnik in den meisten Schaltaufgaben überlegen ist. Jedoch hat auch die SF6-Schalttechnologie unter einigen seltenen Umständen eine Chance überlegen zu sein. Aber, wenn wir Umweltprobleme und wirtschaftliche Faktoren berücksichtigen, lohnt es sich auf jeden Fall, die Vakuum-Schalttechnik im Hinblick auf den zukünftigen Markt weiter zu untersuchen. KW - Vacuum KW - SF6 KW - Simulation KW - Aufschlüsselung KW - Vakuum KW - TRV KW - Breakdown KW - High-frequency current quenching KW - Hochspannungsleistungsschalter KW - Vakuumschalter KW - Ausschaltverhalten Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36693 ER - TY - THES A1 - Bonkarev, Maxim T1 - Concept analysis for High-Voltage Direct-Current circuit breakers for application in a network of HVDC transmission T1 - Konzeptanalyse für Hochspannungsgleichstrom-Übertragungsschalter für die Anwendung in einem HGÜ Übertragungsnetz N2 - For several decades HVDC technology was used primarily for point-to-point bulk power transmission. Although multiterminal HVDC systems are very few in number, it is expected that multiple HVDC links may be interconnected into HVDC transmission grid. Since every meshed grid requires reliable protection solution, an HVDC circuit breaker must be developed and introduced. This thesis focuses on the performance evaluation of different HVDC circuit breaker concepts. The performance evaluation study is carried out by means of numerical simulations. The obtained quantitative results describe capabilities and limitations of different HVDC circuit breaker concepts as well as the reaction of HVDC network on switching operations. Different converter protection measures and in particular application of fault current limiter were considered, too. Based on the research findings, a number of recommendations for HVDC circuit breaker development are given and suggestions for further research activities are presented. N2 - Seit mehreren Jahrzehnten wurde die HGÜ-Technologie hauptsächlich für die Punkt-zu-Punkt Übertragung der großen Strommengen verwendet. Obwohl multiterminale HGÜ-Systeme nicht zahlreich vertreten sind, wird erwartet, dass mehrere HGÜ-Leitungen in HGÜ-Netz verbunden werden können. Da jedes vermaschte Stromnetz zuverlässige Schutzlösung erfordert, muss ein HGÜ-Leistungsschalter entwickelt und eingesetzt werden. Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf die Leistungsbewertung der verschiedenen HGÜ-Leistungsschalterkonzepte. Die Leistungsbewertungsstudie wird durch numerische Simulationen durchgeführt. Die erhaltenen quantitativen Ergebnisse beschreiben Möglichkeiten und Grenzen der verschiedenen HGÜ-Leistungsschalterkonzepte sowie die Gegenwirkung des HGÜ-Netzwerkes auf Schaltvorgänge. Verschiedene Umrichter-Schutzmaßnahmen und insbesondere Anwendung der Strombegrenzer wurden auch untersucht. Auf Grundlage der Forschungsergebnisse werden eine Reihe von Empfehlungen für die Entwicklung des HGÜ-Leistungsschalters gegeben und Anregungen für weitere Forschungsaktivitäten vorgestellt. KW - Multi-terminal HVDC KW - HVDC circuit breaker KW - Fault protection methods KW - Network response KW - Simulation-based performance evaluation KW - Multiterminale HGÜ KW - HGÜ-Leistungsschalter KW - Fehlerschutzmethoden KW - Netzwerkreaktion KW - Simulationsbasierte Leistungsbewertung KW - Hochspannungsgleichstromübertragung KW - Vermaschtes Netz KW - Netzschutz KW - Leistungsschalter KW - Fehlererkennung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35459 ER - TY - THES A1 - Taheruzzaman, Muhammad T1 - Design, modelling, and planning of renewable energy integrated microgrid for rural electrification in Bangladesh N2 - The Electric power crisis is one of the major problems in Bangladesh, the gap between demand and generation is increasing day by day. Moreover, most of the power plants are gas based which will be phased out in future. An alternate electric supply is an essential part for electrifying the developing countries, in this context an innovative approach of rural electrification including DC microgrid, mini-grid and nanogrid would be technically and economically feasible. The thesis draws also attention on the development of technology which enables community owned power system to emerge in the rural areas based on distributed SHS and demand of that community. Firstly, the electric status and renewable potential in Bangladesh are studied and considered those data into the software based simulation to analysis the technical feasibility to implement DC microgrid by Homer pro tools. The distributed RES (Renewable Energy sources) considered solar PV and biomass. The booming of a large number of individual SHS (Solar Home System) in Bangladesh, bottom-up energy sharing concept would have studied to configure the optimal design of microgrid system and different configuration including grid connected and DC and AC system studied. Secondly, The PV module is highly dependent on cell temperature and solar irradiance, the ambient temperature, and solar irradiance mathematical equation have been considered to model and simulate in MATLAB/SIMULINK based environment. Similarly charge controller, battery operation, and performance analysis with respect to the PV model. In the distributed energy sources are mainly SHS including large size and regular also model and simulate in MATLAB/SIMULINK software. For instance, the thesis mainly focuses on an optimal design, planning, sizing of DC hybrid microgrid, the SHS, and biomass-based power system with the goal of maximizing the efficiency and reliability. Homer Pro tool used in the work for design an optimal configuration and sizing for technical feasibility. Finally, a model of DC microgrid compresses with micro sources like SHS systems, µ-CHP, the household loads model in MATLAB/SIMULINK. Decentralized SHS control strategies (droop control) and operation also design and model in MATLAB/SIMULINK environment, where DC – DC converter needs to couple SHS and DC microgrid. KW - Biomass KW - Microgrid KW - Solar home system KW - Rural electrification KW - SIMULINK KW - Biomasse KW - Energiemanagement KW - Fotovoltaikanlage KW - Elektrifizierung KW - Ländlicher Raum Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39884 ER - TY - THES A1 - Li, Yang T1 - Implementation of a network cluster model for large-scale renewable power estimation and effective energy utilization T1 - Implementierung eines Netzcluster-Modells zur Schätzung der Leistung erneuerbarer Energien im großen Maßstab und zur effektiven Energienutzung N2 - With the large-scale expansion of decentralized power generation from renewable energy resources (RES) and reduction of fossil fuel-based power generation, this leads to fundamental structural changes in the power supply system. The transition is characterized by a shift from central to decentral, from directional to bi-directional. As the share of renewable power systems in the electricity grid increases, the inherent uncertainty of renewable energies poses challenges to the grid system’s stability. To achieve increased efficiency, decarbonisation, decentralization, and digitisation in energy sector, a flexible and resilient energy system is required. Electrical energy data and non-electrical energy data are generated from various sources, including the supervisory control and data acquisition system (SCADA), geographic information system (GIS), and weather information system. Based on these data, different spatial and temporal models of energy systems and their databases are created and connected. This thesis contributes to the analysis of regional power performance. To this end, an efficient simplified grid-oriented network cluster is presented to account for the regional allocation of RES power systems. The model clustering includes the grid topology, temporal and spatial resolution, and the structure of electrical and non-electrical data. This approach contributes to methodological aspects of energy system modelling and analysis. In addition, based on the proposed cluster model, this thesis presents the physical profile-based and data-driven methods to estimate the regional large-scale photovoltaic (PV) and wind power generations. In order to adapt to the spatial-temporal heterogeneity of the regional renewable power generations and to improve the local power utilization rate, this thesis conducts empirical analyses of the regional energy storage and combined PV and wind power systems using cable pooling with shared grid connection. In summary, this thesis presents a flexible modelling approach that takes into account the regional allocation of renewable power systems and enables a more accurate estimation of regional power generation. The proposed model and analytical methods can help the efficiency and resiliency of the energy system and support the transition towards renewable energies. N2 - Mit dem großflächigen Ausbau der dezentralen Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen (RES) und der Reduzierung der fossilbasierten Energieerzeugung kommt es zu grundlegenden strukturellen Veränderungen im Stromversorgungssystem. Der Übergang ist durch einen Wandel von zentral zu dezentral und von direktional zu bi-direktional gekennzeichnet. Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energiesysteme im Stromnetz stellen die inhärente Unsicherheit dieser Energien Herausforderungen für die Stabilität des Netzes dar. Um eine erhöhte Effizienz, Dekarbonisierung, Dezentralisierung und Digitalisierung im Energiesektor zu erreichen, ist ein flexibles und robustes Energiesystem erforderlich. Elektrische Energie- und Nichtelektrische Energiemessdaten werden aus verschiedenen Quellen generiert, einschließlich des Supervisory Control and Data Acquisition Systems (SCADA), des Geographic Information Systems (GIS) und des Wetterinformationssystems. Basierend auf diesen Daten werden verschiedene räumliche und zeitliche Modelle von Energiesystemen und deren Datenbanken erstellt und miteinander verbunden. Diese Arbeit trägt zur Analyse der regionalen Leistung bei. Zu diesem Zweck wird ein effizientes, vereinfachtes netzorientiertes Clustermodell vorgestellt, um die regionale Zuordnung von RES-Energiesystemen zu berücksichtigen. Das Modell-Clustering umfasst die Netztopologie, zeitliche und räumliche Auflösung sowie die Struktur der elektrischen und nichtelektrischen Daten. Dieser Ansatz trägt zu methodischen Aspekten der Energiemodellierung und -analyse bei. Darüber hinaus präsentiert diese Arbeit auf der Grundlage des vorgeschlagenen Clustermodells physikbasierte und datengetriebene Methoden zur Schätzung der regionalen großflächigen Photovoltaik- (PV) und Windstromerzeugung. Um sich an die räumlich-zeitliche Heterogenität der regionalen erneuerbaren Stromerzeugung anzupassen und die lokale Stromnutzungsgrade zu verbessern, führt diese Arbeit empirische Analyse der regionalen Energiespeicherung und kombinierte PV- und Windenergiesysteme unter Verwendung von Kabel-Pooling mit gemeinsam genutzten Netzverbindungen durch. Zusammenfassend präsentiert diese Arbeit einen flexiblen Modellierungsansatz, der die regionale Zuordnung von erneuerbaren Energiesystemen berücksichtigt und eine genauere Schätzung der regionalen Stromerzeugung ermöglicht. Das vorgeschlagene Modell und die Analysemethoden können die Effizienz und Robustheit des Energiesystems verbessern und den Übergang zu erneuerbaren Energien unterstützen. KW - Decentralized power generation KW - Energy system modelling and analysis KW - Regional power generation KW - Grid-oriented network cluster KW - Regional energy storage KW - Dezentrale Stromerzeugung KW - Erneuerbare Energien KW - Elektrisches Energiesystem KW - Elektrizitätsversorgungsnetz KW - Dezentrale Energieversorgung KW - Dezentrale Elektrizitätserzeugung KW - Energiesystemmodellierung und -analyse KW - Regionale Stromerzeugung KW - Netzorientiertes Netzcluster KW - Regionale Energiespeicherung Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-64562 ER - TY - THES A1 - Dewi, Sari T1 - Repowering public utility grid by integrating hydro, PV and wind into the grid to supply electricity in Palu (Indonesia) T1 - Erneuerung des öffentlichen Stromversorgungsnetzes durch Integration von Wasserkraft, PV und Wind in das Netz zur Stromversorgung in Palu (Indonesien) N2 - The use of renewable energy sources, either off-grid or on-grid to supply electricity, has been done by developed countries since many years ago. Developing countries, for example Indonesia especially east part of Indonesia have recently started this way whereas renewable energy potential for example hydro, PV and wind are abundantly available. The lack of research and data is one of the obstacles to precede the use of renewable energy in this area, meanwhile this area has electricity shortages problem that occurred quite often. Combined hydro, PV, wind, coal and diesel generators will solve electricity shortages problem in Palu (Indonesia). Integration of Hydro, PV and wind into PALAPAS utility grid will decrease levelized cost of energy from US$ 0.145 per kWh to US$ 0.133 per kWh. Sensitivity analysis against fluctuating fuel cost (from US$ 0.4 per litre to US$ 1.6 per litre) will increase levelized cost of energy before integrating renewable energy into the grid from US$ 0.145 per kWh to US$ 0.455 per kWh and will increase levelized cost of energy after integrating RE into the grid from US$ 0.133 per kWh to US$ 0.403 per kWh. Repowering grid with integrating hydro, PV and wind will increase power quality especially by using configuration based on homer results. Buses voltage and buses frequency showed better result before, during and after some faults based on Homer simulation results. Voltage spectrum and sinusoidal waveform voltage are showing less distortion after integrating hydro, PV and wind into the grid even with no distortion based on Homer results. N2 - Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen, die entweder netzunabhängig oder netzfern Strom liefern, ist seit vielen Jahren Aufgabe der Industrieländer. Entwicklungsländer wie Indonesien, insbesondere der östliche Teil, haben kürzlich damit begonnen. Mangelnde Forschung und Datenmangel sind eines der Hindernisse, die der Nutzung erneuerbarer Energien in diesem Bereich entgegenstehen. In diesem Gebiet treten häufig Probleme mit Stromengpässen auf. Die Kombination von Wasserkraft-, PV-, Wind-, Kohle- und Dieselgeneratoren wird das Problem der Stromknappheit in Palu (Indonesien) lösen. Durch die Integration von Wasserkraft, PV und Wind in das Versorgungsnetz von PALAPAS werden die gestaffelten Energiekosten von 0,145 US-Dollar pro kWh auf 0,133 US-Dollar pro kWh gesenkt. Sensitivitätsanalysen bei schwankenden Brennstoffkosten (von 0,4 US-Dollar pro Liter auf 1,6 US-Dollar pro Liter) erhöhen die Energiekosten vor der Integration erneuerbarer Energien von 0,145 US-Dollar pro kWh auf 0,455 US-Dollar pro kWh und erhöhen die Energiekosten nach der Integration von RE in das Stromnetz von 0,133 US-Dollar pro kWh auf 0,403 US-Dollar pro kWh. Das Repowering-Grid mit integrierter Wasserkraft-, PV- und Windenergie wird die Stromqualität erhöhen, insbesondere durch die Konfiguration auf Grund von Homer-Ergebnissen. Die Busspannung und die Busfrequenz zeigten ein besseres Ergebnis vor, während und nachdem einige Fehler auf der Grundlage von Homer-Ergebnissen passierten. Das Spannungsspektrum und die sinusförmige Wellenformspannung zeigen weniger Verzerrung, nachdem Wasserkraft, PV und Wind in das Netz integriert wurden, selbst wenn keine Verzerrungen aufgrund von Homer-Ergebnissen auftraten. KW - Shortage KW - Repowering KW - Grid KW - Integration KW - Energy KW - Engpass KW - Erneuerung KW - Netz KW - Integration KW - Energie KW - Palu, Indonesien KW - Erneuerbare Energien KW - Energieversorgungsnetz KW - Elektrizitätseinspeisung Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45472 ER - TY - THES A1 - Amanpour, Saman T1 - A cellular approach to optimize the integration of renewable generation into distribution networks T1 - Ein zellularer Ansatz zur Optimierung der Integration regenerativer Erzeugungen in Verteilnetzen N2 - The steady growth of the renewable-based technologies in the last twenty years has changed the character of the power systems significantly. Until today, there are more than 112 GW installed photovoltaic and wind parks in Germany and around 90% of the installed renewable generators are integrated into distribution networks. As a result, distribution networks are often facing congestion problems and more investments are needed for the required network development plans. The political decisions in Germany for increasing the share of renewables in electricity consumption up to 65% until 2030 and the nuclear phase out until 2022 and further shutdowns of the coal power plants raised serious concerns about the reliability of power supply and feasibility of the transition plan. The present dissertation has a look over the recent developments and offers a methodology for reduction of the resulted costs from further integration of renewable generators into the distribution networks. The suggested methodology is based on a cellular approach and helps also to postpone the unnecessary costly network expansions. Furthermore, it helps to integrate the renewable generators in an optimized way which has an added value to move towards the defined sustainability goals. The proposed methodology has two steps. The first step is made up of the cellular approach and grey wolf optimization in MATLAB environment. In this step, the optimal combination of technologies for fulfillment of the defined goals are found out. The second step consists of the quasi dynamic simulations in PowerFactory environment. In this step, the suggested results from MATLAB optimization are investigated in semi-real situations. With the quasidynamic simulations, it is checked whether the results are tolerable from the point of view of network operation and whether it is possible to facilitate the network operation with certain strategies. N2 - Das stetige Wachstum der auf erneuerbaren Energien basierenden Technologien in den letzten zwanzig Jahren hat den Charakter der Stromsysteme erheblich verändert. Bis heute sind in Deutschland mehr als 112 GW an Photovoltaik- und Windkraftanlagen installiert und rund 90% der installierten erneuerbaren Erzeugungsanlagen sind in die Verteilnetze integriert. Infolgedessen sind die Verteilnetze häufig mit Netzengpässen konfrontiert und es sind mehr Investitionen für die erforderlichen Netzausbaupläne nötig. Die politischen Entscheidungen in Deutschland, den Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch bis 2030 auf 65 % zu erhöhen, den Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022 zu vollziehen und weitere Kohlekraftwerke abzuschalten, gaben Anlass zu ernsthaften Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Stromversorgung und der Realisierbarkeit des Übergangsplans der deutschen Energiewende. Die vorliegende Dissertation wirft einen Blick auf die jüngsten Entwicklungen der Stromnetze und bietet eine Methodik zur Reduzierung der Kosten, die durch die weitere Integration erneuerbarer Erzeugungsanlagen in die Verteilnetze entstehen. Die vorgeschlagene Methodik basiert auf einem zellularen Ansatz und verschiebt den unnötigen kostspieligen Ausbau der Stromnetze in die Zukunft. Darüber hinaus hilft sie, die erneuerbaren Erzeugungsanlagen auf eine optimierte Weise in die Stromnetze zu integrieren, was einen Mehrwert für die Erreichung der definierten Nachhaltigkeitsziele darstellt. Die vorgeschlagene Methodik in dieser Dissertation besteht aus zwei Schritten. Der erste Schritt besteht aus dem zellulären Ansatz und der Grey Wolf Optimierung in der MATLAB-Umgebung. In diesem Schritt wird die optimale Kombination von der auf erneuerbaren Energien basierenden Technologien zur Erfüllung der definierten Ziele ermittelt. Der zweite Schritt besteht aus den quasi-dynamischen Simulationen in der PowerFactory-Umgebung. In diesem Schritt werden die vorgeschlagenen Ergebnisse aus der MATLAB-Optimierung in semi-realen Situationen untersucht. Mit der quasi-dynamischen Simulationen wird überprüft, ob die Ergebnisse aus Sicht des Netzbetriebs tolerierbar sind und ob man mit bestimmten Strategien den Netzbetrieb erleichtern kann. KW - Cellular approach KW - Optimization KW - Renewable energy KW - Generation KW - Distribution networks KW - Zellularer Ansatz KW - Optimierung KW - Erneuerbare Energien KW - Erzeugung KW - Verteilnetze KW - Verteilungsnetz KW - Erneuerbare Energien KW - Elektrizitätserzeugung KW - Übertragungsnetz KW - Netzstabilität (Elektrische Energietechnik) Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59009 ER - TY - THES A1 - Alcalde Melo, Henrique T1 - Integration of available regenerative energy sources in community networks for both electricity and heating T1 - Integration von regenerativen Energiequellen in ein kommunales Energienetz für Elektroenergie und Wärme N2 - In the last years, energy prices for German households have been increasing constantly. Some reasons for that include: the dependency of Germany on external fossil fuels to supply its energy demand, the decision to invest in renewable energy generation and to shut down all its nuclear power plants. Nowadays households are already able to generate energy on-site, however the generation potential depends on climatic conditions as well as the specific location and the type of the building. The aim of this work is to evaluate whether a community of new efficient single-family houses can generate enough energy on-site to supply its electricity and heating demand over the year based on renewable energy sources and with the support of energy storage systems, including electric vehicles. The theoretical community is situated in the city of Cottbus, Germany. For this community, an electricity load profile was designed based on the use of common devices and separated in controllable and uncontrollable loads. Electricity is generated on-site through photovoltaic panels and small wind turbines, and the electricity generation potential is evaluated based on the community’s available space, which is rather limited, and the actual regulations in the State of Brandenburg. A comparison of the available technologies to supply the heating demand as well as to store energy in the household sector is presented and discussed. It is assumed that each household has an electric vehicle that can be charged and also discharged in the community as an extra energy storage system. A software simulation system was designed with which an energy balance analysis is carried out based on hourly values of supply and demand. Under the assumptions taken for this study, the results of the simulation show that the community is able to generate more energy than consumed throughout a year, however in a few occasions there is not enough energy available to supply the community’s energy demand. Water can be heated up to 70°C at least once a week preventing the bacterium Legionella to grow. The community is able to supply 99% of the uncontrollable load group demand and 97% of the controllable load group demand. There is enough energy available to heat space during the cold months, if heat pumps with a coefficient of performance greater than two are used. The electric vehicles can be charged using the energy generated in the community via grid or extra battery banks. If energy prices continue to increase, German households will try to find solutions to reduce their energy bills. The integration of several households forming a community network is a solution that optimizes the energy use and space (especially taking wind turbines in consideration), and reduces investments. However, the implementation of such a community still depends on the availability of space, improvement and price reduction of energy storage systems, regulations for energy exchange as well as willingness of the people living in such a community to adapt their daily routine according to the availability of energy. N2 - In den letzten Jahren sind die Energiepreise für Haushalte in Deutschland stetig gestiegen. Einige Gründe dafür sind: die Abhängigkeit Deutschlands von externen fossilen Brennstoffen zur Deckung des eigenen Energiebedarf, die Förderungen von Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien sowie die sukzessive Abschaltung aller Kernkraftwerke. Heutzutage sind Haushalte bereits in der Lage, dezentral Energie zu erzeugen. Das Potential zur Energieerzeugung hängt jedoch von den klimatischen Bedingungen sowie der konkreten Lage und Art des Gebäudes ab. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu analysieren, ob eine Gemeinschaft bestehend aus energieeffizienten Passiv-Einfamilienhäusern genügend Energie auf Basis von erneuerbaren Energien dezentral erzeugen kann, um ihren gesamten Strom-und Wärmebedarf mit der Unterstützung von Energiespeichern im Laufe eines Jahres zu decken (einschließlich von Elektrofahrzeugen). Die theoretische Gebäudegemeinschaft befindet sich in der Stadt Cottbus, Deutschland. Für diese Gemeinschaft wurde ein Stromlastprofil, bestehend aus kontrollierbaren und unkontrollierbaren Belastungen, erstellt. Das Potential zur dezentralen Energieerzeugung basierend auf Photovoltaik- und kleinen Windkraftanlagen wird anhand der zur Verfügung stehenden Flächen sowie den gegenwärtigen gesetzlichen Vorschriften untersucht. Verfügbare Technologien zur Bereitstellung des Wärmebedarfs sowie aktuelle Speichertechnologien für Haushalte werden vergleichend vorgestellt und diskutiert. Es wird angenommen, dass jeder Haushalt ein elektrisches Fahrzeug besitzt, welches im Gemeinschaftsnetz auf- und entladen werden kann und somit auch als zusätzlicher Energiespeicher dienen kann. Um zu untersuchen, ob sich Energiebedarf und -erzeugung im stündlichen Zeitschritt decken, wurde eine Simulationssoftware entwickelt. Basierend auf den getroffenen Annahmen zeigen die Simulationsergebnisse, dass die dezentrale Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien den Bedarf über den Zeitraum eines Jahres übersteigt. Es gibt jedoch einige wenige Zeitschritte, an denen der Bedarf größer als die Erzeugung ist. Es ist außerdem genug Energie vorhanden, um den Wassertank der Gemeinschaft einmal wöchentlich auf 70 °C zu erhitzen, um das Wachstum der Legionellen Bakterien zu verhindern. Die statistische Auswertung ergab, dass die Gemeinschaft 99 % der kontrollierbaren sowie 97 % der unkontrollierbaren Energiebedarfe decken kann. Außerdem steht genug Energie zu Verfügung um den Wärmebedarf während der kalten Wintermonate, unter Verwendung von Wärmepumpen mit einer Leistungszahl größer als zwei, zu decken. Die elektrischen Autos können sowohl mit der zur Verfügung stehenden Energie über das Gemeinschaftsnetz als auch über die Speichersysteme aufgeladen werden. Sollten die Energiepreise in Deutschland weiter ansteigen, werden Haushalte nach Möglichkeiten suchen ihre Stromrechnungen zu reduzieren. Die Integration von mehreren Haushalten zu einem Gemeinschaftsnetz könnte eine Lösung darstellen, welche sowohl die Energienutzung als auch den verfügbaren Platz (insbesondere unter Berücksichtigung von Windkraftanlagen) optimiert und Investitionen reduziert. Die Umsetzung einer solchen Gemeinschaft hängt jedoch vom verfügbaren Platz, der Weiterentwicklung und Kostenverringerung von Energiespeichersystemen, der Regulierung von Energieaustausch sowie der Bereitschaft der Gemeinschaft ab, ihre täglichen Abläufe an die Verfügbarkeit von Energie anzupassen. KW - Kommunale Energieversorgung KW - Erneuerbare Energien KW - Photovoltaik KW - Windkraftanlage KW - Elektroauto KW - Wärmepumpe KW - Passivhaus KW - Photovoltaic KW - Wind Turbine KW - Electric Vehicle KW - Heat Pump KW - Passive House Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-27742 ER -