08.08.2023 – 08.08.2023 – Im Zuge der Energiewende gewinnt die Belastbarkeit des Stromnetzes zunehmend an Bedeutung, wobei die Robustheit des Verteilnetzes besonders relevant ist. Anstelle der traditionellen Synchrongeneratoren aus großen Kraftwerken im Übertragungsnetz müssen in Zukunft vor allem die netzbildenden Stromrichter von Batteriespeichern, Windkraft- und Photovoltaikanlagen auf den unteren Netzstufen für die erforderliche Trägheit und Stabilität im System sorgen. Das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kassel arbeitet vor diesem Hintergrund gemeinsam mit der Technischen Universität Braunschweig, der SMA Solar Technology AG und anderen Partnern im Forschungsprojekt „Verteilnetz 2030plus“ an Lösungen und Produkten, um die Netze mithilfe der Stromrichter auch nach der Abschaltung von Atom- und Kohlekraftwerken sicher zu betreiben.
Kick-off des Projekts Verteilnetz 2030+ am Fraunhofer IEE in Kassel. Foto: Fraunhofer IEE
Dr. Phillip Strauß, stellvertretender Leiter des Fraunhofer IEE, unterstreicht: „Früher haben vor allem die rotierenden Massen der großen Kraftwerke im Übertragungsnetz für die notwendige Stabilität gesorgt. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien werden jedoch zukünftig vor allem die dezentralen netzbildenden Stromrichter in den Verteilungsnetzen gefordert sein, diese Rolle zu übernehmen.“
Die entsprechend ausgerüsteten Stromrichter könnten das stabilisierende Verhalten von Strom und Spannung am Netzanschlusspunkt der Kraftwerke mithilfe einer netzbildenden Regelung im Verteilnetz nachahmen, erklärt Prof. Dr. Bernd Engel von der TU Braunschweig. Im Rahmen des Projekts „Verteilnetz 2030plus“ werden Instrumente zur dynamischen Simulation und Analyse von Verteilnetzen entwickelt sowie die Weiterentwicklung netzbildender Stromrichter vorangetrieben. Feldtests sind ebenfalls geplant und sollen in einem Folgeprojekt durchgeführt werden.
Ein besonderes Augenmerk liegt auf den dynamischen Wechselwirkungen, die durch den netzbildenden Betrieb zwischen den Stromrichtern im Verteilungsnetz entstehen können. Auch potenzielle Interaktionen mit Schutztechnologien und Betriebsmitteln im Verteilnetz stehen im Fokus der Forschung.
Ein Schwerpunkt des Projekts ist die Überprüfung der bisherigen Schutzkonzepte für die Verteilnetze, da netzbildende Stromrichter im Vergleich zu Synchrongeneratoren eine geringere Toleranz gegenüber Überlastströmen aufweisen. Daher ist es wichtig, Lösungen zu entwickeln, die eine klare Unterscheidung zwischen Kurzschlüssen und normalem Betrieb ermöglichen.
Die Forscher analysieren auch, wie die erforderlichen Kapazitäten zur Integration von netzbildenden Stromrichtern in den Verteilnetzen geschaffen werden können. Dabei berücksichtigen sie mögliche Ausgleichsschwingungen zwischen den Komponenten aufgrund der Regelung. Ebenso wird die Interoperabilität von Produkten verschiedener Hersteller untersucht.
Zusätzlich wird erforscht, wie netzbildende Stromrichter eingesetzt werden können, um bei Störungen in den Höchst- oder Hochspannungsnetzen in den darunterliegenden Ebenen Teilsysteme zu bilden und so die Stromversorgung von bestimmten Netzgebieten aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig müssen diese Stromrichter jedoch verhindern, dass unbeabsichtigt isolierte Netze entstehen, die Menschen und Anlagen gefährden könnten.
Das Ziel des Forschungsprojekts ist es, die gewonnenen Erkenntnisse in die Produktentwicklung zu überführen, Systemlösungen zu erarbeiten und zu testen. Die SMA Solar Technology AG übernimmt die Entwicklung von Prototypen.
Das Forschungsprojekt „Sicherer und stabiler Betrieb des Stromrichter-dominierten Verteilnetzes – VN2030plus“ wurde im Juni 2023 gestartet. Das Fraunhofer IEE leitet und koordiniert das Projekt, unterstützt von einem Gremium aus Vertretern von Verteil- und Übertragungsnetzbetreibern sowie Herstellern im Bereich Netz-Systemtechnik. Das Projekt läuft über drei Jahre und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit etwa 2,57 Mio. € gefördert.
Thomas Degner vom Fraunhofer IEE und Koordinator des Verbundprojektes betont: „Die Verteilnetze spielen eine entscheidende Rolle bei der Energiewende: Hier erfolgt die Einspeisung eines Großteils des erneuerbaren Stroms, und hier werden neue Verbraucher wie Wärmepumpen und Wallboxen installiert. Mit unserem Forschungsprojekt tragen wir dazu bei, dass die Verteilnetze ihrer Verantwortung für die Versorgungssicherheit gerecht werden können. Damit stärken wir die Widerstandsfähigkeit des gesamten Energiesystems.“