Das Team um Prof. Dr.-Ing. Michael Finkel forscht an einer sicheren und effizienten Elektrizitätsversorgung, um einen aktiven Beitrag zum Gelingen der Energiewende
zu leisten. Die Forschungsschwerpunkte sind Microgrid-Lösungen zur Erhöhung der Versorgungssicherheit sowie die technisch-wirtschaftlich optimierte Integration zukünftiger Erzeugungs und Lasteinheiten in das Verteilnetz. Dabei werden Inselnetzlösungen, innovative Planungsansätze, neue Betriebsmittel und zukunftsfähige Marktmodelle untersucht. Die methodische Bandbreite reicht von Analysen, Simulationen und Labormessungen bis hin zu Feldversuchen.
Das Projekt „E-Motion-to-Grid“ erarbeitet Lösungskonzepte für die Integration von Ladeinfrastruktur in urbane Verteilnetze, um die Herausforderungen der Elektrifizierung des Verkehrs zu bewältigen. Um bedarfsorientierten Netzausbau sicherzustellen, wird durch Messungen eine belastbare Planungsgrundlage in Form von Standardladeprofilen geschaffen. Die zukünftigen Anforderungen an Ladeinfrastruktur werden in unterschiedlichen Szenarien ermittelt und jeweils optimale Netzverstärkungsmaßnahmen identifiziert. Dabei wird auch die Zwischenspeicherung großer Leistungsspitzen durch stationäre Batteriespeicher eingehend betrachtet. Für die standortunabhängige Übertragbarkeit werden Simulationsmodelle verwendet. Das Forschungsvorhaben zielt somit auf eine ganzheitliche und praxisnahe Strategie zur Konzeptionierung, Umsetzung, Validierung und Verallgemeinerbarkeit der Netzintegration der Elektromobilität in städtische Verteilnetze ab.
Das 110-kV-Kabelnetz einer deutschen Großstadt soll mit einem „grüne Wiese“ -Ansatz komplett neu geplant werden. Das heißt, dass Umspannwerksstandorte fixiert sind und die Leitungen, die die einzelnen Standorte verbinden, neu zu planen sind. Ziel dieses Projekts ist die Maximierung der versorgbaren Leistung unter Beibehaltung der Versorgungssicherheit. Bild 2 zeigt schematisch die geografische Lage der Umspannwerke. Die unterschiedliche Leistung der einzelnen Standorte wird durch deren Größe repräsentiert. Die grünen Kreise repräsentieren die Energieversorgungspunkte, die eine Verbindung zum 400-kV-Verbundnetz darstellen. Ziel ist es, mit einer begrenzten Länge der Leitungen die Verbindungen zu finden, die eine möglichst hohe Last versorgen können. In Grafik 2 ist eine Möglichkeit dargestellt, alle Umspannwerke zu verbinden. Im Anschluss werden Parameter wie der Leistungsfaktor der Lasten, die Leitungsbeläge sowie die Energieerzeugung an anderen Standorten variiert.
Für Auswertungen im Asset-Management eines Verteilnetzbetreibers soll ein durchgängiges Netzmodell vom Umspannwerk der Hoch- zur Mittelspannung bis hin zum Hausanschluss in der Niederspannung erstellt werden. Hierzu werden die vorhandenen Daten aus unterschiedlichen internen und externen Quellsystemen ausgewertet und die Assets je nach Typ (Transformatorstation, Leitung, Schalter, etc.) in ein hierarchisches Netzmodell überführt. Durch diese hierarchische Struktur ist es möglich, Informationen – z. B. Asset-Kennzahlen wie Alter, Zustand oder Energiedaten – von höheren Ebenen auf niedrigere zu vererben und von niedrigeren auf höhere zu aggregieren. Um mit dem Modell Informationen zu generieren, sollen verschiedene Auswerteverfahren entwickelt, erprobt und weiter verbessert werden. Die gewonnenen Informationen können im Asset-Management genutzt werden, um z. B. den Bedarf eines Netzausbaus durch eine veränderte Last- oder Erzeugungsstruktur im Verteilnetz ermitteln zu können.
Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem bereits abgeschlossenen Forschungsprojekt LINDA – die Abkürzung steht für „Lokale Inselnetzversorgung und beschleunigter Netzwiederaufbau mit dezentralen Erzeugungsanlagen bei großflächigen Stromausfällen“ – wurde im Rahmen einer Masterarbeit die Automatisierung des Lastbankkonzepts im Labor erfolgreich getestet. Eine weitere Masterarbeit, basierend auf den Erkenntnissen über den Inselnetzaufbau und dessen Simulation, wurde mit einem städtischen Energieversorger als Voruntersuchung für ein Inselnetz zur Notversorgung durchgeführt. Außerdem konnte Dr. Christoph Steinhart seine Dissertation mit dem Titel „Lokale Inselnetz-Notversorgung auf Basis dezentraler Erzeugungsanlagen mit Fokus auf die Frequenzstabilität“ im Juli dieses Jahres erfolgreich abschließen.
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SIMON KREUTMAYR
(E-Motion-to-Grid)
Fakultät für Elektrotechnik
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SEBASTIAN SEIFRIED
(Zielnetzstudie)
Fakultät für Elektrotechnik
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TOBIAS LECHNER
(Asset-Management)
Fakultät für Elektrotechnik
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Partner
01.11.2019 - 31.10.2022
Die Netzintegration der Elektromobilität stellt städtische Verteilnetze vor besondere Herausforderungen. Eine erhöhte Durchdringung mit Elektrofahrzeugen und schwierige Umgebungsbedingungen beim Netzausbau erfordern neue Integrationskonzepte. →
