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Implementierung photovoltaischer Systeme in elektrische Netze von Industriegebieten

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Eingestellt 8, Apr 2014 in Photovoltaik von David Stakic (37 Punkte)

In Stadtgebieten und genauer in deren Industriegebieten wird der größte Teil der elektrischen Energie genutzt die in Deutschland bereit gestellt wird. Erneuerbare Energien (EE) werden allerdings zum größten Teil in ländlichen Gegenden installiert. Das hat zur Folge dass große Leistungen von dezentralen Erzeugern aus dem Umfeld der Stadt in diese transportiert werden müssen. Mit einem wachsenden Anteil EE in dem bestehenden Verteilnetz, das auf konventi- onelle zentrale Erzeugungsstrukturen ausgelegt ist, wird der Transportbedarf weiter erhöht. Dabei verschiebt sich die Bereitstellung des Stroms mit der Steigerung der Erneuerbaren zunehmend auf niedrigere Spannungsebenen. 

Der große Anteil von hohen Lasten in den Strukturen eines Industriegebiets stellt komplexe Ansprüche an das Stromnetz. Dabei ist für Verteilnetzbetreiber (VNB) in Zukunft nicht nur eine solide Planung der Netzkomponenten von zentraler Bedeutung, sondern auch die lokale Einspeisung. Die dezentrale Erzeugung und besonders EE verändern die Lastflüsse im Netz. Für Netzbetreiber sind dadurch Potentiale im Bereich der Schonung von Betriebsmitteln und Reduzierung von Netzverlusten besonders interessant. Für Industriebetriebe sind dies die Verminderung von lastbedingten Erweiterungen der Kabelanschlüsse, sowie die Reduzierung von Kosten durch bezogene Spitzenlasten. Die Bereitstellung von Blindleistung ist ein weite- res umfangreiches Themenfeld und steht u.a. zusammen mit der Spannungshaltung unter der Überschrift Qualität der Energieversorgung. Dieses Thema ist für einige Branchen des produ- zierenden Gewerbes standortentscheidend. Zusätzlich haben viele Städte im Rahmen der Energiewende in Deutschland Klimaschutzziele formuliert die eingehalten werden müssen. Die Implementierung der PV in Industriegebiete kann dabei helfen ein weiteres Feld zur Si- cherung dieser Ziele zu eröffnen.

Ansatz

Zur Klärung der Fragestellung wie viel PV und an welchen Positionen in einem Industriegebiet sinnvoll installiert werden kann wird im Rahmen dieser Arbeit in Kooperation mit dem VNB der Stadtwerke Ulm (SWU) Netze GmbH eine Netzsimulation der Mittelspannungsebene für ein Industriegebiet in Ulm durchgeführt. Viele Firmen benötigen für Produktionsprozesse große Leistungen, daher sind die Mittelspannungsnetze in Industriegebieten die wichtigste und am stärksten ausgebaute Netzebene.   
Anschließend wurde die Netzsimulation mit einer energetischen Bewertung ergänzt. Diese beinhaltet verschiedene Szenarien für den PV-Ausbau im Industriegebiet und zeigt die Auswirkungen an den Systemgrenzen auf. Dabei wird die Grenze um das Industriegebiet gezogen und ermittelt wie sich dort die Energieströme verhalten.

Fazit und Aussichten

Es zeigt sich bereits an diesem Punkt welche Möglichkeiten das Zusammenbringen und Auswerten der vorhandenen Energie und Strukturdaten liefern kann. Beim Spannungsband konnten keine Probleme ermittelt werden. Dabei war die Last noch nicht vollständig in dem unter- suchten Strang abgebildet und bereits ein hoher Anteil PV implementiert. Dies zeigt auch das vorhandene Potential an Flächen für die PV in Industriegebieten. Außerdem wurde durch die vielen Erzeugungsanlagen die Auslastung der Betriebsmittel reduziert, was den Lebensdauerverbrauch reduziert. Dies konnte mit der energetischen Bewertung der gesamten Verbrauchsdaten weiter untermauert werden.

Der Ansatz, der im untersuchten Industriegebiet im Rahmen dieser Arbeit verfolgt wurde, lässt sich sehr leicht auf andere Bereiche in Ulm und anderen Städten übertragen. Allgemein können die hier erworbenen Erkenntnisse für die Vorgehensweise auf alle Gebiete angewendet werden in denen große Verbraucher in hoher Anzahl angesiedelt sind. Dazu zählen nach einer ersten Abschätzung neben Industriegebieten auch Stadtzentren, Logistikzentren und Gewerbegebiete.

Die Ergebnisse sowie das Simulationsmodel können zu dem die Grundlage für eine weiter- führende Analyse der Strom-, Wärme- und Gasnetze im EU-Forschungsprojekt OrPHEuS sein, an dem die SWU und die Hochschule Ulm seit November 2013 beteiligt sind. Dabei sollen intelligente Hybridnetze in Städten erforscht werden [27i]. Um die Arbeit weiter zu führen wurde bereits eine Reihe von Punkten herausgearbeitet die die Ergebnisse der Netzsimulation untermauern könnten. Die Grundlage für alle aufgeführten Punkte ist bereits vorhanden oder kann aus heutiger Sicht leicht geschaffen werden.

  • Simulation in Viertelstundenauflösung
  • Alle Strom-Erzeugungsanlagen detailliert sondieren: Genaue Adresse, Typ der Erzeu- gungsanlage, PV Ausrichtung, Moduldaten und installierte Nennleistung.
    - Wetterdaten direkt für Ulm, Messwerte keine langjährigen Mittelwerte, DWD- Kontakt bereits   hergestellt.
  • Niederspannungsnetz.
    - Bilanziell mit in die MS-Simulation einbeziehen.
    - Oder, die einzelnen Stränge der NS-Ebene mit abbilden.
  • Datenbasis der Last verbessern. 
    - Weitere RLM im untersuchten Industriegebiet sondieren, detaillierte Untersu- chung der SWU-Daten.
  • Verträglichen PV-Zubau mit Simulation bestimmen.
  • KWK Szenarien entwickeln, zusätzliche Stromnetzentlastung generieren, Wärmespeicher.
  • Daten des Gasnetzes erfassen und Szenarien entwickeln dieses intelligent einzubinden.


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