Pilotanlagen und ‑projekte
Unsere Piloten
In fünf Pilotprojekten erforscht der Energiekosmos ENSURE innovative Lösungen, die das Stromnetz für die Energiewende flexibler machen. Nach erfolgreicher Erforschung könnten diese später deutschlandweit zum Einsatz kommen.
Pilot Adaptivschutz
Warum machen wir das?
Schutzgeräte sind die „Wachhunde“ für das Stromnetz: Sie messen die Ströme und Spannungen in einem Schaltfeld. Bei einer Störung schalten sie den betreffenden Bereich vorübergehend ab. Nachteil der bisherigen Schutzsysteme: Sie werden einmalig programmiert und reagieren damit nicht auf Veränderungen im Netz, zum Beispiel die schwankende Einspeisung grünen Stroms.
Was setzen wir um?
Im Energiekosmos ENSURE werden erstmalig „schlaue Wachhunde“ an verschiedenen Knotenpunkten des Stromnetzes installiert. Ein zentrales Sicherheitssystem überwacht die Schutzinstrumente laufend. Es berechnet Einstellparameter, die zur aktuellen Netzsituation passen, für die Schutzsysteme. Somit lernen die „Wachhunde“ laufend hinzu und reagieren flexibel auf die Einspeisung Erneuerbarer Energien.
Was erreichen wir damit?
Dank des flexiblen Verhaltens der „schlauen Wachhunde“ ist die Versorgungssicherheit auch bei schwankender Einspeisung von grünem Strom gewährleistet. Damit bringen wir die Energiewende in Schleswig-Holstein voran, denn die neuen Schutzsysteme können sich der schwankenden Einspeisung grünen Stroms anpassen. Dadurch möchten wir mehr Kapazitäten im Netz für den Transport grünen Stroms schaffen, sodass die EEG-Anlagen an wind- und sonnenreichen Tagen seltener abgeregelt werden.
Pilot Solid-State-Transformer
Warum machen wir das?
Im Stromnetz gibt es immer wieder Schnittstellen, wo Wechselstrom auf Gleichstrom trifft: Aus unserer Steckdose kommt Wechselstrom, Akkus von Elektro-Autos laufen aber mit Gleichstrom. Eine Photovoltaik-Anlage erzeugt Gleichstrom, soll aber Wechselstrom in das Netz einspeisen. An diesen Schnittstellen braucht es einen Strom-Umrichter, ähnlich dem im Ladegerät für ein Smartphone.
Was setzen wir um?
Anstelle einer konventionellen Ortsnetzstation möchten wir einen Solid-State-Transformer installieren, denn er hat den Umrichter bereits integriert. Dieser funktioniert wie ein überdimensioniertes Ladegerät, sodass sich zum Beispiel E‑Ladesäulen oder EEG-Anlagen direkt an das Netz anschließen lassen, ohne dass sie einen eigenen Umrichter benötigen.
Was erreichen wir damit?
Der Netzanschluss für E‑Ladesäulen, Wind- oder Elektrolyseanlagen sowie die Einspeisung beziehungsweise Entnahme des grünen Stroms wird einfacher. Zudem gibt es weniger Netzverluste, da die Schnittstellen und somit die Umwandlung des Stroms entfallen. Damit betreiben wir das Netz flexibler, effizienter und klimafreundlicher.
Pilot MVDC-Kurzkupplung
Warum machen wir das?
Bislang sind Mittelspannungsnetze in Teilnetze aufgeteilt – im Falle einer Störung ist der Stromausfall in der Regel lokal begrenzt. Bislang sind die Teilnetze unflexibel und können keine Energie untereinander austauschen. So kann es vorkommen, dass in einem Teilnetz Windenergieanlagen abgeschaltet werden müssen, da es durch zu viel Strom aus Erneuerbaren Energien überlastet ist, während im benachbarten Teilnetz noch Kapazitäten vorhanden sind.
Was setzen wir um?
Wir simulieren innovative MVDC-Kurzkupplungen zwischen den Teilnetzen (MVDC=Mittelspannungsgleichstrom). Diese machen es möglich, Energiereserven zwischen einzelnen Teilnetzen dauerhaft auszutauschen. Die intelligente Kupplung über Gleichstrom stellt sicher, dass trotz des Energieaustausches eine Störung nicht auf benachbarte Teilnetze übergehen kann.
Was erreichen wir damit?
Bei einer eventuellen späteren realen Umsetzung wird der Netzausbau in der übergelagerten Netzebene verringert und verhindert das Abschalten von Windenergieanlagen. Denn der grüne Strom kann effizienter lokal genutzt werden, sodass im übergelagerten Transportnetz mehr Kapazitäten vorhanden sind.
Pilot Vermaschungskonzepte
Warum machen wir das?
Das derzeitige elektrische Netz ist auf die steigende Anschlussleistung aus EEG-Anlagen und die nötigen Verbraucher für die Energiewende (Ladeinfrastruktur, Wärmepumpen etc.) nicht ausgelegt. Um diesen Umständen gerecht zu werden, müssen große Investitionen in das Netz getätigt werden.
Was setzen wir um?
Bei der Vermaschung werden verschiedene Punkte des elektrischen Netzes zu bestimmten Zeitpunkten gezielt miteinander verbunden, um durch den Strukturwechsel die Transportkapazität zu erhöhen. Dies passiert immer dann, wenn sehr viele EEG-Anlagen in das Netz einspeisen oder bspw. sehr viele Elektroautos zur gleichen Zeit geladen werden. Daraus entstehen komplexere Netzstrukturen und somit höhere Anforderungen an die Schutzsysteme. Diese untersuchen wir im Rahmen des „Energiekosmos“ und entwickeln Betriebsführungskonzepte für den realen Netzbetrieb.
Was erreichen wir damit?
Durch Vermaschungsmaßnahmen können die Investitionskosten in das Netz gesenkt werden, da größtenteils die bereits bestehende Infrastruktur genutzt wird. Dies ist nicht nur effizient, sondern wirkt sich auch auf den Strompreis aus. Darüber hinaus verringert es zudem die Tiefbaumaßnahmen im Netz und die damit verbundenen Baustellen.
Pilot digitales Umspannwerk
Warum machen wir das?
Die Energiewende und die Sektorenkopplung sorgen für mehr Dynamik im Betrieb des Stromnetzes. Der Hintergrund hierfür ist eine dezentralere und volatilere Einspeisung von Erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne. Zudem wird die Abnahme von elektrischer Energie durch Verbraucher wie batterieelektrische Kraftfahrzeuge oder smarte Wärmepumpen zunehmend flexibler. Das Umspannwerk (UW) als Knotenpunkt im Stromübertragungsnetz muss diese Dynamik prognostizieren, damit das hohe Maß an Versorgungssicherheit gewährleistet bleibt. Schnellere, häufigere und genauere Messungen sowie bessere Kommunikation im Steuerungssystem sind die neuen Bausteine dieser digitalen Knotenpunkte.
Was setzen wir um?
Wir erweitern die Sensorik des Umspannwerks. Neue Messgeräte und moderne Kommunikationstechnik erfassen Daten digital. Das Steuerungssystem verteilt und verarbeitet diese Informationen zielgerichteter und schneller als bisher. Zudem bekommt das System im Umspannwerk neue Anwendungen, um die zusätzlichen Informationen zu nutzen. Im Energiekosmos ENSURE machen wir den Nutzen der Digitalisierung für unsere Umspannwerke sichtbar und zeigen das digitale UW als ein Teil unserer Vision von der Energiewende.
Was erreichen wir damit?
Durch die Digitalisierung des UWs können wir besser und gezielter auf die Dynamik im Netzbetrieb reagieren. Dies hilft uns beispielsweise, unterlagerte Netzebenen zu entlasten. Letztendlich nutzen wir so Erneuerbaren Energien effektiver und effizienter für unsere Gesellschaft.