Verbundvorhaben ENSURE2: Neue EnergieNetzStruktURen für die Energiewende; Teilvorhaben: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Abstract

Ziel der zweiten Phase von ENSURE ist es, bis 2050 ein Gesamtkonzept für die Energieversorgung zu entwerfen. Wichtig dabei ist, dass dieses in den bestehenden sozioökonomischen Rahmen eingebettet ist und dass die Ergebnisse auf Deutschland und Europa übertragbar sind. Auf dem Weg dorthin soll der Plan für den „Energiekosmos ENSURE“ finalisiert werden. Dieser soll hybrid getestet werden, d.h. sowohl als digitaler Zwilling in Simulationen ergänzt durch physische Tests in risikominimierter Umgebung und in Pilotanlagen. Der digitale Zwilling ist ein 1:1-Abbild des realen Netzes. So können neue Anlagen, Betriebsführungskonzepte und Szenarien in realem Umfeld getestet und analysiert werden. Der Beitrag der CAU konzentriert sich diesbezüglich insbesondere auf die Flexibilität und Resilienz im Stromnetz, die mit leistungselektronischen Betriebsmitteln und Gleichstromverbindungen im Übertragungs- und Verteilnetz erzielt werden kann. Die dynamische Kapazität von HGÜ-Systemen kann für eine Vielzahl von Netzdienstleistungen genutzt werden und insbesondere für den Anwendungsfall des Engpassmanagements wurde dies in Kooperation auch praktisch demonstriert. Ein weiterer Aspekt der Flexibilität entsteht im Teilvorhaben der CAU durch die Konzentration auf Netzdienstleistungen mittels leistungselektronischer Betriebsmittel und insbesondere die Lastregelung. Spannungs- oder frequenzsensitive Lasten werden im Übertragungs- und Verteilnetz in als Regelreserve in den Netzregelungsprozess einbezogen und ihr Potential für z. B. Primärfrequenzregelung sowie die Erhöhung der Integration erneuerbarer Energieanlagen bei gleichbleibender Systemstabilität wurde nachgewiesen. Häufig wird Flexibilität lediglich über die Adaptierbarkeit einzelner Anlagen definiert. Das Stromnetz selbst kann jedoch ebenfalls rekonfigurierbar gestaltet werden und so in seiner Topologie inhärente Flexibilität aufweisen, wie die CAU anhand der Vermaschungsoptionen mittels Smart Transformator sowie einem Rekonfigurationsprozess zur Resilienzerhöhung nachgewiesen hat. Wird zeitgleich auch die Topologie des Smart Transformators direkt für den Anwendungsfall eines hybriden, vermaschten Stromnetzes ausgelegt, so entsteht eine zusätzliche Fehlertoleranz und ein energieeffizienterer Betrieb. All diese Untersuchungen bedürfen entsprechend der Zielsetzung der Validierung in Echtzeitsimulationen und physischen Tests in risikominimierter Umgebung. Dafür hat die CAU nicht nur einen eigenen Prüfstand für Hardware-in-the-Loop-Tests aufgebaut, sondern insbesondere auch eine neue Generation der Echtzeitsimulation hochfrequent-betriebener leistungselektronischer Betriebsmittel unter Berücksichtigung des schaltenden Verhaltens entwickelt. Im Übergang zur Phase 3 standen – und stehen auch zukünftig – die Themen LVDC Microgrid und Smart Transformator im Vordergrund, um Betriebskonzepte konform mit aktuellen regulatorischen Rahmenbedingungen zu entwickeln und so die Innovationen aus der Forschung in die Anwendung zu transferieren.