ENSURE: Zum Mehrwert von Schlüsseltechnologien

Im Kontext der Energiewende stehen insbesondere die Verteilungsnetze vor großen Veränderungen. Erneuerbare-Energien-Anlagen und entsprechende Verbrauchstellen wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen nehmen zu. Doch innovative Technologien und neuartige Betriebsstrategien erfordern einen gezielten Netzausbau. ENSURE-Forschende am IAEW der RWTH Aachen sind daher der Frage nachgegangen, inwieweit das Demonstrationskonzept der ENSURE-Kernregion im Norden Deutschlands sich auf weitere Verteilnetze in Deutschland übertragen lässt. Hierzu haben sie drei ausgewählte Schlüsseltechnologien untersucht und bewertet:

1. MVDC steht für „Medium Voltage Direct Current“ und ist ein Gleichstromübertragungssystem für den Einsatz in Verteilungsnetzen. Eine BackToBack-MVDC ermöglicht die Kopplung von Teilnetzen und somit eine bessere Verteilung von Energie im Netz. Experten sprechen dabei von einer „dynamischen Topologievermaschung“ . Die ENSURE-Untersuchungen haben gezeigt, dass die Integration einer BackToBack-MVDC zu einer signifikanten Netzausbaueinsparung führt. Jede neue Technik erfordert jedoch entsprechende Investitionen. Daher gilt es, jede spezifische Netzsituation auf die Wirtschaftlichkeit einer BackToBack-MVDC- Integration zu prüfen.
2. Neben der MVDC war auch die Vermaschung mit konventionellen Drehstromverbindungen, eine sogenannte AC-Vermaschung, Thema der Untersuchungen. Sie haben gezeigt, dass eine AC-Vermaschung ebenfalls helfen kann, den Bedarf zu senken, das Netz weiter auszubauen. Die Investitionskosten sind hierbei aufgrund der einfacheren technischen Umsetzbarkeit gegenüber der BackToBack-MVDC signifikant geringer. Wesentlicher Kostentreiber bei der Implementierung einer AC-Vermaschung ist die Anbindung an die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT). Sofern die Kosten dafür unterhalb der Netzausbaukosten liegen, sind AC-Vermaschungskonzepte empfehlenswert.
3. Elektrolyseure sind einfach ausgedrückt Stoffumwandler, die auf Strombasis arbeiten. Diese Technologie lässt sich beispielsweise nutzen, um Wasserstoff zu erzeugen. Mit ihnen lässt sich auch netzdienliche Flexibilität steigern. Ziel muss sein, auch Elektrolyseure mit Grünem Strom zu betreiben. Jedoch ist ein Ausbau der Netze zu vermeiden, da dieser Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Die Idee ist nun, Stromspitzen zu nutzen, statt für den Betrieb von Elektrolyseuren zusätzlichen Strom erzeugen zu müssen. Weil in ländlicheren Gegenden eher Standorte von Windkraftanlagen und Solarparks sind, eignen diese Gebiete sich auch besser für die Installation von Elektrolyseuren. Sie wandeln überschüssigen Grünen Strom in Wasserstoff um, ohne dass ein Netzausbau stattfinden muss.

Innovatives Verfahren

Für ihre Analyse entwickelten die Forschenden ein Verfahren, welches für zukünftige Untersuchungen auf weitere innovative Technologien und Betriebsmittel erweitert werden kann. Um die Wirkung von definierten Technologien zu zeigen, nutzt das Verfahren die Freiheitsgrade der Technologien, um die Spannungshaltung im Netz zu gewährleisten und die Netzausbaubedarfe zu reduzieren. ENSURE wendet diese auf charakteristische Netzdatensätze und Versorgungsaufgaben für zukünftige Szenarien an.

Basierend auf diesem Ansatz ermittelten die Forschenden, inwiefern die zuvor ausgewählten Anwendungsfälle des ENSURE-Demonstrationskonzepts zu einer Verbesserung der Integration von EE-Anlagen führen können. Die detaillierten Forschungsergebnisse stellten sie auf dem ETG-Kongress 2023 erstmalig vor. Nun ist hierzu auch ein Paper erschienen. Im Fokus steht dabei im Besonderen die entwickelte Methode, die ein erweiterungsfähiges Optimal Power-Flow-Verfahren in eine Netzausbauheuristik integriert. Alle Details sind in der Publikation nachzulesen.

Mehr News aus dem Projekt