Case Overview AC2DC
Durch die Energiewende erfolgt zunehmend die Integration dezentraler Erzeugungsanlagen (DEA) in das bestehende Versorgungsnetz. Gleichzeitig hat die Bundesregierung das Ziel gesetzt, den Marktanteil der Elektromobilität in großem Maße zu steigern. Beide Entwicklungen betreffen bezüglich der elektrischen Energieversorgung insbesondere die Verteilnetze, da sowohl DEA als auch (Schnell-) Ladestationen für Elektrofahrzeuge hauptsächlich an das Verteilnetz angeschlossen werden. Durch diese neuen Erzeuger und Verbraucher müssen Leitungen im Verteilnetz zunehmend an ihrer Kapazitätsgrenze betrieben werden. Der durch diese Entwicklungen notwendige Netzausbau ist teuer und aufgrund langer Genehmigungsprozesse herausfordernd. Darüber hinaus muss das im Netzentwicklungsplan vorgegebene NOVA-Prinzip (Netz-Optimierung vor Netz-Verstärkung vor Netz-Ausbau) an-gewendet werden. Zusätzlich zu der so entstehenden, potentiellen Netzüberlastung sieht der neue Netzentwicklungsplan den Kohleausstieg für das Jahr 2038 vor. Dies bedeutet das Abschalten großer konventioneller Kraftwerke, wodurch eine zusätzliche Netzdestabilisierung einsetzt: Es verringert sich die Blindleistungsbereitstellung und es fehlen im Netz bis zu 600 GWs Momentanreserve. Beide Systemdienstleistungen müssen zum Zeitpunkt des Kohleausstiegs anderweitig bereitgestellt sein.
- Mittlelspannungs-DC-System Testfeld
- Realitätsnah
- Erste orientierende Untersuchungen Betriebsverhalten
Gleichzeitig erhöht sich allgemein in elektrischen Netzen die Nutzung leistungselektronischer Betriebsmittel. Im Übertragungsnetz wird die Technologie der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) bereits eingesetzt, um z. B. Offshore-Windparks anzubinden und große Leistungen über weite Entfernungen zu transportieren. In der Niederspannung werden leistungselektronische Betriebsmittel beim Laden von Elektrofahrzeugen, zur flexiblen Steuerung elektrischer Maschinen sowie der Einspeisung dezentraler Erzeugungsanlagen eingesetzt. In der Mittelspannungsebene sind leistungselektronische Komponenten aus Kostengründen hingegen noch selten vorhanden. Aufgrund der steigenden Nachfrage und der kontinuierlichen Weiterentwicklung verringern sich die spezifischen Kosten der Komponenten zunehmend, sodass der Einsatz leistungselektronischer Umrichter als etablierte Betriebsmittel in der gesamten Verteilnetzebene zu erwarten sind.
Ausgehend von den kommenden Herausforderungen für die Verteilnetzbetreiber und den Entwicklungen in der Leistungselektronik wurde das Projekt AC2DC gestartet.
Projektziel
Ziel des Projekts ist, neue Ansätze zu verifizieren, um der Überlastung der AC-Leitungen und der zunehmenden Destabilisierung der Netze begegnen zu können. Dazu sollen, wie schematisch dargestellt, an der Belastungsgrenze betriebene AC- in DC-Kabelverbindungen umgewandelt werden. Zudem wird der Aufbau von Technologien zur Bereitstellung einfacher DC-Verteilnetze angestrebt, um z. B. einen konventionellen Kraftwerksbetrieb mit DEAs abzubilden.
Bearbeitete Themen
Spannungsbelastung
Der Einfluss transienter Spannungen auf das Isoliersystem des Kabels und der Kabelgarnituren wird untersucht.
Strombelastung
In Phase I wurden die Berechnungsgrundlagen zur Berücksichtigung dieser Rippelströme auf die erzeugte Verlustleistung in den Kabelsystemen geschaffen. In Phase II werden diese mit gemessenen Stromverläufen an einer realen Anwendung des DC/DC- Wandlers im Labor sowie in den Feldversuchen verifiziert und deren Relevanz für die Erwärmung der Kabelsysteme bewertet.
DC/DC Wandler
Im Rahmen des Projektes entwickelt die MR ein Funktionsmuster für einen solchen Gleichspannungstransformator bzw. DC/DC-Wandler.
