Stromnetz

Integration der Erneuerbaren: Das kommt auf das Stromnetz zu

Übertragungsnetzbetreiber und Forschungseinrichtungen haben vier Jahre lang an der Zukunft des europäischen Stromnetzes gearbeitet. Jetzt ist das Projekt „MIGRATE“ abgeschlossen.

Die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und die Abschaltung konventioneller großer Kraftwerke haben erheblichen Einfluss auf den Betrieb des elektrischen Netzes. Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen speisen den Strom typischerweise über leistungselektronische Umrichter in das Netz ein, während dies bei klassischen Kraftwerken über große rotierende Generatoren geschieht. Beide Technologien unterscheiden sich wesentlich hinsichtlich ihrer Möglichkeiten zur Regelung z. B. der Spannung, der Leistung und der Frequenz im elektrischen Netz.

Hierzu haben vier Jahre lang 25 Konsortialpartner aus 13 Ländern, Übertragungsnetzbetreiber, Hochschulen und Forschungseinrichtungen gemeinsam an der Zukunft des europäischen Stromnetzes geforscht. Im Januar 2016 war das europäische Forschungsprojekt „Massive InteGRATion of power Electronic devices“, kurz MIGRATE, gestartet worden. Das Projekt, das von TenneT europaweit koordiniert wurde, ist von der EU mit rund 17 Millionen Euro gefördert worden. Jetzt fand in Brüssel die Abschlusskonferenz statt.

Neue Leistungselektronik gefragt

Fragen, mit denen sich „MIGRATE“ beschäftigt hat, waren unter anderem: Was bedeutet die zunehmend dezentrale Einspeisung für die Netzstabilität und wie ermöglicht man einen Betrieb des europäischen Stromnetzes mit 100 Prozent erneuerbarer Energie? Fünf technische Arbeitspakete untersuchten die Auswirkungen dieser Veränderungen und entwickelten Empfehlungen für zukünftige Netzanschlussregeln.

Das Stromnetz der Zukunft muss nicht nur flexibel sein, um den zukünftig vermehrt dezentral erzeugten Strom sicher zum Verbraucher zu transportieren, sondern Planung und Betrieb müssen auch die veränderten Eigenschaften der Generatoren selbst berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund ist es notwendig, neue Technologien zu entwickeln, um ein künftiges Netz mit 100 Prozent Energie aus Erneuerbaren – und dementsprechend 100 Prozent Leistungselektronik – sicher zu betreiben.

Ein wesentlicher Punkt hierbei ist es, die Regelungsstrategien zum Betrieb der Erzeugung anzupassen. Allein durch diese Anpassung kann ein sicherer Betrieb des elektrischen Netzes mit bis zu 65 Prozent Leistungselektronik ermöglicht werden. Um auch die verbleibenden 35 Prozent in einem stabilen Netzbetrieb abzudecken, wurden neue, innovative Lösungen im Forschungsprojekt MIGRATE entwickelt.
Hierbei spielt die Überwachung des Netzes eine wesentliche Rolle. Um diese Anforderung auch weiterhin in Echtzeit zu ermöglichen, testete MIGRATE erfolgreich ein neues WAMPAC-System (Wide Area Monitoring Protection and Control). Dieses Verfahren ermöglicht es dem Betriebsführungspersonal des Netzbetreibers, verlässlicher und schneller zu erkennen, ob und wann man sich gerade den Grenzen des sicheren Netzbetriebs nähert.

Dabei werden die Daten der angeschlossenen Windparks oder Photovoltaikanlagen nicht benötigt, sondern man greift allein auf Messwerte des elektrischen Netzes zurück. Damit ist dieses Verfahren wesentlich robuster gegenüber Störungen der Informationsübertragung.

Problem Oberschwingungen

Im Idealfall schwingt die Netzspannung mit 50 Hertz. Ein zunehmend beobachtetes Phänomen im Stromnetz sind Schwingungen mit Frequenzen oberhalb von 50 Hertz. Diese Schwingungen sind zu vermeiden. Sie verursachen nicht nur zusätzliche Verluste im System, sondern können auch angeschlossene Geräte in der Funktion stören oder sogar zerstören. MIGRATE hat hier die Methoden zur Bewertung dieser Phänomene und zur Verminderung dieser sogenannten Oberschwingungen weiterentwickelt.

Eine weitere wichtige Funktion für den sicheren Netzbetrieb sind Schutzsysteme, die im Falle eines Fehlers, z.B. eines Kurzschlusses, das betroffene Equipment vom Netz trennen. Diese Funktion wird im Haushalt von Sicherungen übernommen. Innerhalb von MIGRATE wurde ein mögliches Versagen der Schutzeinrichtungen durch die veränderten Eigenschaften des Netzes in der Zukunft untersucht und Gegenmaßnahmen definiert.

Einige Arbeitsergebnisse werden bereits jetzt von den Übertragungsnetzbetreibern genutzt. Wichtig war es für das MIGRATE-Projekt aber auch, neue Erkenntnisse darüber zu erlangen, wie sich das europäische Übertragungsnetz im Zusammenspiel mit den zukünftigen Erzeugungsanlagen verändern wird. MIGRATE war daher auch ein guter Start für die Zusammenarbeit der europäischen Übertragungsnetzbetreiber mit den Herstellern der Anlagen auf diesem Gebiet. Auf der Projektwebsite www.h2020-migrate.eu stellt ein kurzer Film sowohl die Zielstellung als auch wesentliche Projektergebnisse von MIGRATE vor.

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