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Forschung 2019
(2019)
Forschung 2018
(2018)
Forschungsbericht 2015
(2015)
In den Verteilungsnetzen (VN) besteht erheblicher Optimierungsbedarf, um die geplanten Leistungen an dezentralen Erzeugungsanlagen (EZA) aufnehmen und um die erzeugte Energie an das Übertragungsnetz abgeben zu können. Bislang konnte der Aufwand für die Netzplanung im VN mittels standardisierter Abläufe und großzügigen Reserven im Spannungsband und der Stromtragfähigkeit begrenzt werden. Im Zuge des Zubaus an EZA schwinden diese Reserven und Netzplanungsaufgaben müssen individueller für einzelne Netzabschnitte gelöst werden. Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) der OTH Regensburg beschäftigt sich u. a. mit der Fragestellung wie die Netzplanung im Verteilungsnetz hinsichtlich der neu entstandenen Herausforderungen optimiert werden kann und gleichzeitig praktikabel bleibt. Kernthemen sind dabei das Spannungs- und das Blindleistungsmanagement im Verteilungsnetz. Im Zuge der Energiewende gilt es die vorhandene Netzinfrastruktur noch effizienter auszunutzen und den Ausbau noch stärker bedarfsorientiert zu gestalten. Infolgedessen bewegt sich der Netzbetrieb näher an den Grenzen der Netzparameter (z. B. Spannungshaltung und Auslastung). Von daher müssen bislang praktizierte Verfahren weiter entwickelt werden, , um weiterhin einen sicheren und stabilen Netzbetrieb zu gewährleisten.
Zwischen Übertragungs-/Verteilungsnetzbetreibern bestehen Vereinbarungen in
Form von Verträgen und Richtlinien (z.B. DCC), die das zulässige Wirk- und
Blindleistungs-Verhalten (P-Q-Verhalten) beschreiben. Beim Blindleistungsverhalten
werden i. d. R. zulässige cosφ-Bereiche definiert. Typische Werte sind hierfür
cosφ ≤ 0,95 für den I. und II. Quadranten sowie cosφ ≤ 0,925 für den III. Quadranten.
Der IV. Quadrant ist unzulässig. Netzstruktur, Verbraucher und Erzeuger
beeinflussen das P-Q-Verhalten, weshalb die Einhaltung der cosφ-Grenzwerte bei
sich ändernden Faktoren zu prüfen und ggf. Gegenmaßnahmen (z. B. Installation
von Kompensationsdrosseln) zu ergreifen sind.
Ziel dieser Veröffentlichung ist es, geeignete Parameter zu identifizieren und zu
beschreiben, die einen Einfluss auf das P-Q-Verhalten und damit auf die Form der PQ-
Wolke einer MS-Netzgruppe (MS-NG) aufweisen. Abbildung 1 zeigt eine
beispielhafte P-Q-Wolke. Um die P-Q-Wolken verschiedener MS-Netze vergleichbar
zu machen, wurden die P- und Q-Werte auf die jeweilige Bemessungsleistung der
versorgenden Umspannwerktransformatoren (UWT) normiert (diese beträgt
einheitlich 40 MVA). Die P-Q-Wolke besteht dabei aus allen ¼-h-Messwerten der
Summenlast am UWT innerhalb eines Jahres. Als Linien angedeutet sind beispielhaft
zulässige cosφ-Grenzen je Quadrant.
Kostenminimaler Netzanschluss einer 8-MW-PV-Anlage mithilfe regelbarer Ortsnetztransformatoren
(2014)
Die steigende Anzahl der Erzeugungsanlagen (EZA) in den Verteilnetzen zwingt viele Verteilnetzbetreiber zum kostenintensiven Netzausbau. Dabei sind die EZA gemäß EEG am technisch und wirtschaftlich günstigsten Verknüpfungspunkt anzuschließen. Zur Bestimmung dieses Punktes ist ein Vergleich sinnvoller Netzanschlussvarianten durchzuführen. Regelbare Ortsnetztransformatoren (RONT) erweitern seit Kurzem die Netzanschlussmöglichkeiten, auch auf Mittelspannungsebene. Das Beispiel eines Anschlusses für eine 8-MW-PV-Anlage zeigt, dass der optimale Netzanschluss eine Kombination zwischen RONT, Spannungsblindleistungsregelung, Trennstellenverlagerung und Leitungsverstärkung sein kann. In diesem Fall bemerkenswert ist, dass der RONT-Einsatz die Netzanschlusskosten um rd. 60 % gegenüber einer separaten Anbindung am Umspannwerk reduziert. Die Autoren beschreiben eingangs die Problematik hoher Netzausbaukosten beim Anschluss von Photovoltaik-Flächenanlagen. Das Vorgehen der durchgeführten Netzanalyse im konkreten Fall (Abb.: Grafische Darstellung des südlichen MS-Netzes der Stadtwerke Kehlheim mit angedeuteter Einspeiseleistung) und die 6 analysierten Netzanschlussvarianten werden beschrieben und diskutiert (Abb.: Gegenüberstellung der Investitionen der verschiedenen Netzausbauszenarien). Die oben genannte günstigste Anschlussvariante besteht aus folgender Kombination: Verlegung der vorhandenen Netztrennstelle zwischen zwei 20-kV-Stränge; Verstärkung einer bestehenden Freileitungsstrecke über 1 km; Einsatz von maximal 15RONT sowie Spannungsblindleistungsregelung durch die PV-Flächenanlage.
Verteilungsnetzbetreibern stehen mittlerweile viele Maßnahmen zur Behebung des Spannungsbandproblems zur Verfügung. Innovative Konzepte wie der regelbare Ortsnetztransformator werden in vielen Pilotprojekten erprobt. Unklar ist jedoch noch, welche Maßnahmen beziehungsweise Kombinationen langfristig wirtschaftlich am günstigsten sind. Die Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg untersucht daher in einem Forschungsprojekt verschiedene Maßnahmen, um sie unter wirtschaftlichen, technischen und energetischen Gesichtspunkten bewerten zu können. Der Beitrag untersucht am Beispiel des Netzmodells eines Dorfnetzes mit zahlreichen Photovoltaikanlagen unterschiedliche Szenarien für die Spannungshaltung, wobei u. a. Maßnahmen wie die Parallelverkabelung, das Einspeisemanagement durch Spitzenlastkappung, die Spannungs-Blindleistungsregelung durch die Erzeugungsanlagen sowie ein RONT (regelbarer Ortsnetztransformator) betrachtet werden. Dabei zeigt sich, dass es keine Maßnahme gibt, die in allen Belangen die günstigste Lösung ist. Es zeichnet sich jedoch ab, dass der RONT in vielen Fällen (abhängig vom Durchdringungsgrad) die günstigste oder zumeist eine günstige Lösung zur Erhöhung der Netzanschlusskapazität darstellt.
Das vom BMWi geförderte Forschungsprojekt SyNErgie (03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Netzplanungsprozessen [1]. Im Fokus steht dabei die Modellierung von Blindleistungsflüssen und die dezentrale Nutzung von Blindleistungsquellen (z. B. Wechselrichter, Ladedrosseln, Kondensatoren) in Mittelspannungsnetzen, über welche der Blindleistungshaushalt letztendlich beeinflusst werden soll. Diese Veröffentlichung konzentriert sich auf die konzipierte Erweiterung des Netzplanungsprozesses zur Einbindung von Blindleistungsquellen im Verteilungsnetz in ein Blindleistungsmanagement. Deren einzelne Phasen werden erläutert und anschließend die Netz-Sensitivitäts- und -Restriktionsanalyse anhand eines realen Mittelspannungsnetzes demonstriert. Abschließend werden mögliche Abschwächungs- und Verstärkungseffekte im Hinblick auf einen Blindleistungsabruf über mehrere Spannungsebenen hinweg diskutiert.
Die Liberalisierung der Blindleistung und Schaffung von regionalen nicht ausschreibungspflichtigen Q-Beschaffungsprozessen ermöglicht vor allem künftig erhebliche Kostenreduktionspotenziale. Allerdings ist die Etablierung mit umfangreichen Eingriffen in den heutigen Normen- und Gesetzesrahmen verbunden. Damit diese Potenziale gehoben werden können, bedarf es einerseits der Möglichkeit der Kostenanrechnung im Rahmen der Netznutzungsentgelte, andererseits eines Anreizsystems, sinnvoll und sorgsam mit Q umzugehen. Grundsätzlich ist vorher gründlich zu untersuchen, ob und ab welchem Zeitpunkt die Liberalisierung der Blindleistung zielführend ist und wie im Detail die Liberalisierung der Blindleistung auszugestalten wäre.
Das vom BMWi geförderte Forschungsprojekt SyNErgie (03/2015 bis 05/2018) beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von Netzplanungsprozessen [1]. Im Fokus steht dabei die Modellierung von Blindleistungsflüssen und die dezentrale Nutzung von Blindleistungsquellen (z. B. Wechselrichter, Ladedrosseln, Kondensatoren) in Mittelspannungsnetzen, über welche der Blindleistungshaushalt letztendlich beeinflusst werden soll. Im Rahmen dieses Beitrags wird anhand eines realen Mittelspannungsnetzes (MS-Netz) gezeigt, welche Modellierungsschritte zur Erstellung eines möglichst realitätsnahen Simulationsabbilds nötig sind. Dies ist notwendig, um der Verteilnetzplanung eine robuste Planungsgrundlage für die Ableitung von Entscheidungen im Rahmen eines Blindleistungsmanagements zur Verfügung zu stellen.
