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) angewendet 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.
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
- Verifizierung neuer Ansätze – Angehen folgender Herausforderungen: Überlastung AC-Leitungen und zunehmenden Destabilisierung der Netze
- Umwandlung von an der Belastungsgrenze betriebene AC- in DC-Kabelverbindungen umgewandelt
- Angestrebt: Aufbau von Technologien zur Bereitstellung einfacher DC-Verteilnetze , um z. B. einen konventionellen Kraftwerksbetrieb mit DEAs abzubilden
Bearbeitete Themen
Spannungsbelastung
Untersuchung Einfluss transienter Spannungen auf Isoliersystem von Kabel und Kabelgarnituren
Strombelastung
Phase I = Schaffung Berechnungsgrundlagen zur Berücksichtigung von Rippelströme auf erzeugte Verlustleistung in Kabelsystemen
Phase II = Verifizierung dieser mit gemessenen Stromverläufen an realen Anwendung des DC/DC- Wandlers im Labor sowie in Feldversuchen verifiziert; Bewertung Relevanz für Erwärmung Kabelsysteme
DC/DC Wandler
Entwicklung Funktionsmuster für Gleichspannungstransformator bzw. DC/DC-Wandler.
