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Systemstabilität durch marktbasierte Systemdienstleistungen und technische Mindestanforderungen an zukünftige elektrische Anlagen, Teilvorhaben: Systemstabilität durch marktbasierte SDL und technische Mindestanforderungen an zukünftige elektrische Anlagen aus Sicht der 50Hertz Transmission GmbH

Erhöhung der Übertragungsleistung im Verteilnetz mit bestehenden AC-Verbindungen als DC-Strecken - Machbarkeitsnachweis im Feld, Teilvorhaben: Sicherer, zuverlässiger und netzrückwirkungsarmer Betrieb von DC-Netzen

Die zunehmende Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen (DEA) und Ladestationen für Elektrofahrzeuge führt zu geänderten Leistungsflüssen im Netz und zur Überlastung der Leitungen. Ausgehend von den kommenden Herausforderungen, wurde das Projekt AC2DC gestartet. Der Fokus liegt auf der Ertüchtigung der Stromnetzinfrastruktur mit DC-Netzen, sowie deren Ausrichtung auf die Einspeisung einer zunehmenden Anzahl DEA und leistungsstarker Verbraucher. Hierzu sind in Phase I ein innovativer DC/DC-Wandler entwickelt und neue Konzepte zur Betriebsführung elektrischer DC-Netzen entworfen worden. In der Phase II werden die Ergebnisse aus Phase I in einem Feldversuch verifiziert. Hierfür werden ein DC/DC-Wandler und ein MMC aufgebaut und getestet. Ein Monitoring-System zur Zustandsüberwachung der Kabel wird entwickelt und zukünftige Materialien für DC-Muffen und Endverschlüssen werden erforscht. Zum anderen werden notwendige Schutzalgorithmen entwickelt und der Einfluss eines DC-Netzes auf die Stromqualität untersucht.

2030 Szenario für Deutschland bei verzögertem Netzausbau

Ecofys hat im Auftrag der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP) untersucht, wie sich ein verzögerter Ausbau der Stromübertragungsnetze bei unterschiedlicher geografischer Verteilung Erneuerbarer Energien-Anlagen auswirkt. Wird das Netz nicht optimal ausgebaut, müssen regional mehr Speicher und flexible Kraftwerke eingesetzt, und Erneuerbare Energie Anlagen häufiger abgeregelt werden. Die dadurch verursachten Kosten sinken, wenn die Anlagen zur Nutzung erneuerbaren Energiequellen gleichmäßiger verteilt sind.

Rückwirkungen von Elektromobilität bei Extremtemperaturen in Verteilnetzen, Rückwirkungen von Elektromobilität bei Extremtemperaturen in Verteilnetzen (eMobcoldV2G)

Schädigungsbasierte Regelung von Windenergieanlagen, Teilvorhaben: Potentiale der Rotorblattoptimierung durch ein ökonomisiertes schädigungsbasiertes Reglungskonzept

Im Vorhaben DaCoWind sollen schädigungsbasierte Regelungsverfahren für Windenergieanlagen erforscht werden. Damit soll es möglich sein Windenergieanlagen in Betriebspunkten zu betreiben, die eine Netzstützung unter Berücksichtigung der strukturellen Integrität ermöglichen. Im Gegensatz zum Stand der Wissenschaft und Technik werden nicht nur Arbeitspunkte entsprechend der maximalen Leistungsausbeute betrachtet, sondern auch solche die einen signifikanten Beitrag zur Stützung eines elektrischen Netzes hauptsächlich bestehend aus erneuerbaren Energieerzeugern beitragen können. Hierdurch wird die Adaptivität der Windenergieanlage in Bezug auf seine Umgebungsbedingungen erhöht. Hierzu zählen neben den natürlichen Bedingungen aus dem Wind, bzw. Seegang im Offshore-Bereich, auch die augenblicklichen Eigenschaften des elektrischen Netzes. Mit einer adaptiven Regelung wird ein wesentlicher Beitrag zur Fusion heterogener Energieerzeuger zu einem homogenen Energiesystem geleistet. Im Teilvorhaben von WN werden anwendungsbezogene Fragestellungen zum Verhalten von lastfallspezifischen Ermüdungsprozessen an einem realen Rotorblatt untersucht. Hierbei stellt sich für WN die Frage inwiefern sich das Design der Rotorblätter durch eine erhöhte Adaptivität des Gesamtsystems verändern wird.

Schädigungsbasierte Regelung von Windenergieanlagen

Im Vorhaben DaCoWind sollen schädigungsbasierte Regelungsverfahren für Windenergieanlagen erforscht werden. Damit soll es möglich sein Windenergieanlagen in Betriebspunkten zu betreiben, die eine Netzstützung unter Berücksichtigung der strukturellen Integrität ermöglichen . Im Gegensatz zum Stand der Wissenschaft und Technik werden nicht nur Arbeitspunkte entsprechend der maximalen Leistungsausbeute betrachtet, sondern auch solche die einen signifikanten Beitrag zur Stützung eines elektrischen Netzes hauptsächlich bestehend aus erneuerbaren Energieerzeugern beitragen können. Hierdurch wird die Adaptivität der Windenergieanlage in Bezug auf seine Umgebungsbedingungen erhöht. Hierzu zählen neben den natürlichen Bedingungen aus dem Wind, bzw. Seegang im Offshore-Bereich, auch die augenblicklichen Eigenschaften des elektrischen Netzes. Mit einer adaptiven Regelung wird ein wesentlicher Beitrag zur Fusion heterogener Energieerzeuger zu einem homogenen Energiesystem geleistet. Im Teilvorhaben von W2E wird eine Modellprädiktive Regelung für den Prototypeneinsatz entwickelt. Gerade die Frage der Echtzeitfähigkeit des Gesamtsystems ist eine der großen wissenschaftlich-technischen Herausforderungen dieses Vorhabens.

Bewertung von Einspeisenetzen

Der Ausbau der Erneuerbaren Energien in den vergangenen Jahren, insbesondere der Ausbau der Windenergieerzeugung, stellt die regionalen 110-kV-Verteilungsnetze und die 220/380-kV-Übertragungsnetze vor große Herausforderungen. Aufgrund von Kapazitätsengpässen der Netze ist bereits aktuell nicht mehr gewährleistet, dass der EE-Strom zu jeder Zeit vollständig abgenommen und übertragen werden kann. Mit dem weiteren Zubau an Erneuerbaren Energien, die bis 2020 mehr als 35 Prozent des Stromverbrauchs im Jahr abdecken sollen, werden diese Netzengpässe voraussichtlich weiter zunehmen. Die Planung und Genehmigung von Freileitungstrassen zur Erweiterung der Netzkapazität öffentlicher Netze zur Integration von Erneuerbaren Energie, zu der Netzbetreiber durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz verpflichtet sind, erstreckt sich allerdings häufig über mehrere Jahre. Der Netzausbau kann dadurch in vielen Fällen nicht mit der Dynamik des Zubaus an EE-Leistung mithalten. Der Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) beauftragte Ecofys mit einer Kurzstudie zu den technischen Rahmenbedingungen von Einspeisenetzen. Die Ergebnisse der Studie stellte der BWE am Rande der Hannover Messe 2012 vor.

Einspeisemanagement in Schleswig-Holstein

Im Auftrag des schleswig-holsteinischen Ministeriums für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume hat Ecofys die Entwicklung des Einspeisemanagements (EinsMan) in dem norddeutschen Bundesland untersucht. Ecofys schätzte auf Basis der durch die Netzbetreiber veröffentlichten Meldungen die aufgrund von Überlastungen von Betriebsmitteln nicht eingespeiste Energie ab. Im untersuchten Zeitraum zwischen 2009 und 2011 waren vor allem Gebiete an der West- und Ostküste Schleswig-Holsteins mit hoher installierter Leistung an Windenergieanlagen von Einspeisemanagement betroffen. Die Ausfallarbeit verdoppelte sich etwa jährlich und lag 2011 zwischen105 und 236 GWh. Im gleichen Zeitraum stiegen die Entschädigungszahlungen von rund 2 Mio. Euro auf 10 bis 23 Mio. Euro an. Rund 97Prozent der im Jahr 2011 entstandenen Ausfallarbeit in Schleswig-Holstein betraf Windenergieanlagen. In den Jahren 2009 und 2010 machten hauptsächlich Überlastungen im regionalen Verteilnetz Einspeisemanagement nötig. In 2011 nahm die Bedeutung von Überlastungen in Umspannwerken zwischen der 20 und 110 kV-Ebene sowie im 220/380 kV Übertragungsnetz zu.

Beitrag dezentraler Erzeugungsanlagen zur Versorgungssicherheit - Untersuchungen zur Notwendigkeit einer weitergehenden Systemsteuerung zur Einhaltung der Systembilanz

Diese Studie zur Systembilanz des deutschen Energiesystems erstellten Ecofys und Consentec im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Es wurde untersucht, ob in Anbetracht des starken Zubaus dezentraler und teilweise nicht steuerbarer Erzeugungsanlagen kurz- bis mittelfristig Schwierigkeiten bezüglich der Einhaltung der Systembilanz zu erwarten sind. Die abgeleiteten Erkenntnisse erlauben eine Optimierung und wirtschaftliche Bewertung von Maßnahmen. Zudem enthält die Studie explizite Schlussfolgerungen für regulatorischen Handlungsbedarf.

Referenzkraftwerk Lausitz, Teilvorhaben: Kraftwerksregelung und Betriebsführung

Im Rahmen des Reallabors Referenzkraftwerk Lausitz ist eine wissenschaftliche Begleitung eines Großprojekts, welches die Errichtung eines modernen Kraftwerks am Standort Spremberg im Industriepark Schwarze Pumpe beabsichtigt, geplant. In dem Kraftwerk werden ausschließlich erneuerbare Energien genutzt. Weiterhin werden Möglichkeiten der Sektorenkopplung erschlossen und neue Wertschöpfungspotentiale durch Systemdienstleistungen im elektrischen Netz der öffentlichen Versorgung aufgezeigt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das vorgestellte Konzept für ein vollständig systemrelevantes H2-Speicherkraftwerk in allen relevanten Details, die für die Errichtung und Inbetriebnahme sowie den Probebetrieb notwendig sind, zu erarbeiten und im Zusammenwirken des Gesamtprozesses zu optimieren. Hierbei wird die Funktionalität der Komponentenanordnung als Speicherkraftwerk demonstriert. Alle Einzelkomponenten sowie die zugehörige Regelung und Steuerung werden dazu dimensioniert, simuliert, implementiert und bei allen vorgesehen Betriebsarten erprobt. Die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) entwickelt hierbei in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IEG (Fh IEG) die Kraftwerksregelung, welche die Bereitstellung der Systemdienstleistungen am Netzkopplungspunkt sicherstellt. Außerdem liefert die BTU eine Analyse des potenziellen Beitrages der Wasserstoff-Rückverstromung zur Bereitstellung eines grundlastfähigen Portfolios aus erneuerbaren Energieanlagen und die Überführung in ein Betriebsführungskonzept.

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