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Netzströme besser lenken

22.03.2022 – Amprion hat eine neue modulare Lastfluss-Steuerungs-Technologie untersucht. Damit soll das Übertragungsnetz effizienter gesteuert und der Redispatch-Bedarf gesenkt werden können.

Die Klimaziele der EU und der Bundesregierung erfordern auch hierzulande eine Beschleunigung des Netzausbaus. Neben dem erforderlichen Netzausbau sollen zunehmend innovative Technologien zur effizienteren Netzauslastung zum Einsatz kommen. So sieht auch der deutsche Netzentwicklungsplan Strom (NEP) den Einsatz solcher Technik vor. Anfang des Jahres hat die Bundesnetzagentur den Netzentwicklungsplan 2021-2035 bestätigt und damit den Bedarf für Netzausbau und Netzoptimierungen festgelegt.

Dr. Bartosz Rusek, Leiter der Abteilung technologische Innovationen beim Übertragungsnetzbetreiber Amprion, vermutet diverse zusätzliche Netzengpässe bei Veränderungen des im NEP gewählten Last- und Erzeugungs-Szenariorahmens: „Im NEP liegt der Fokus auf Phasenschiebertransformatoren (PST). Diese herkömmlichen Transformatoren sind große Anlagen, die schwer zu transportieren sind. Dementsprechend sind sie nur bei mittel- bis langfristig vorliegendem Bedarf vorteilhaft. Für die Adressierung kurzfristig bestehender Bedarfe sind sie weniger gut geeignet.“

Aus diesem Anlass suchten Dr. Rusek und sein Team nach flexiblen Lösungen, um die Lastflüsse auch in diesem Zeitbereich effizient steuern zu können. Im Sommer 2020 entschied sich Amprion für die Zusammenarbeit mit dem US-Technologieunternehmen Smart Wires. Ziel war es, die in Deutschland bisher noch nicht eingesetzte Technologie anhand technischer Analysen und Forschungsstudien umfassend zu prüfen.

SmartValves Smart Wires

Die SmartValves sind einzelne Module, die zu größeren Anlagen zusammengesetzt werden können. Foto: Smart Wires Inc.

Lastflussänderung: Bremsen oder Ziehen

Smart Wires entwickelt und produziert in Anlagen verbaute Komponenten für die Lastflusssteuerung, es handelt sich um modulare statisch-synchrone Serien-Kompensatoren (mSSSC) mit der Bezeichnung SmartValve. Das einphasige, modulare SSSC ist in der Lage, den Leistungsfluss in einem Stromkreis in Echtzeit zu erhöhen oder zu verringern, wie Dr. Rusek ausführt: „Der SmartValve kann durch gezielte Lastflussänderungen – Bremsen oder Ziehen – die Leitungen effizient auslasten. Die Technologie soll dazu beitragen, Leitungen im Netz gleichmäßiger auszulasten. Dies erhöht zum einen die Systemstabilität, zum anderen soll der Einsatz von Kraftwerken zur Überbrückung von Netzengpässen minimiert werden.“ Im Unterschied zu herkömmlichen SSSC ist das SmartValve transformatorlos und verwendet einen integrierten, schnell reagierenden Bypass zum Schutz vor Systemfehlern.

Szenarien Lastflusssteuerung

Grafiken: Smart Wires Inc.; sig Media GmbH & Co. KG

Der Nutzen der Technologie lässt sich anhand des folgenden Szenarios beispielhaft veranschaulichen: Nach dem Ausfall einer Leitung sucht sich der Strom den Weg des geringsten Widerstands, wodurch die benachbarten Leitungen überlastet werden können (siehe obere Grafik). Um dies zu verhindern, wird der Leistungsfluss schon vor dem Fehlerauftritt reduziert. Durch den Einsatz von SmartValve erfolgt die gezielte Lastflussänderung, die Leistung wird auf Leitungen mit freier Kapazität gebremst und gezogen. Durch den Ausgleich der Lastflussströme können die Leitungen bereits vor dem Ausfall stärker belastet werden und so die Übertragungskapazität zwischen zwei Netzteilen erhöhen (siehe untere Grafik).

Modularer Aufbau der Lastfluss-Steuerungs-Technologie

Die SmartValves sind einzelne Module, die zu größeren Anlagen je nach Bedarf zusammengesetzt werden können und bei der Installation laut Dr. Bartosz Rusek einige Vorteile aufweisen: „Im Vergleich zu den PST sind die Module einfacher zu transportieren, zudem können sie flexibler an unterschiedlichen Standorten eingesetzt werden. Die SmartValves würden wir gezielt für eine Leitung vorsehen und bedarfsorientiert skalieren.“

Ferner wurde untersucht, wie die Smart Wires-Technologie mit den anderen Netzkomponenten interagiert. Das Amprion-Team überprüfte beispielsweise, ob sich durch den Einsatz der Leistungselektronik unvorhersehbare Schwingungen im Netz oder Auswirkungen auf die Spannungsqualität ergeben könnten. „Diese und viele weitere potenzielle Beeinträchtigungen müssen wir ausschließen können, bevor wir eine neue Technologie in unser Netz einführen“, fasst Dr. Rusek das Ziel der Untersuchung zusammen. Im Ergebnis stellte der Übertragungsnetzbetreiber fest, dass es keine technischen Vorbehalte gegen den Einsatz von SmartValve im deutschen Stromnetz gibt. Damit sei die erste Stufe abgeschlossen. Im zweiten Schritt gehe es darum, mögliche effiziente Einsatzfelder für diese Technologie zu ermitteln. Dafür hat Amprion für die infrage kommenden Einsatzorte die genannten Interaktionen anhand der spezifischen Gegebenheiten überprüft.

Komplexe Planungen für möglichen Feldeinsatz der Lastfluss-Steuerungs-Technologie

Die nächsten Schritte hängen von den Planungs- und Genehmigungsprozessen ab, die festlegen, ob und welche Steuerungskomponenten, z.B. PST, Drosselspulen oder die von Smart Wires, in das Netz integriert werden sollen. „Unsere Untersuchung adressiert die Übergangszeit bis das finale Ausbaustadium des Netzes aus dem NEP erreicht wurde. Für dieses Zeitfenster werden neue flexiblere und schnellere Wege für Genehmigung und Refinanzierung untersucht“, erläutert Dr. Rusek. Die Netzplanungsabteilung von Amprion analysiert und bewertet kontinuierlich, welche neuen Lastflüsse sich durch den Ausbau der erneuerbaren Energien oder einen möglichen vorgezogenen Kohleausstieg ergeben und an welchen Stellen im Netz neue Lastflusssteuerungskomponenten temporär eingesetzt werden könnten. „Derzeit ist das größte Hindernis für ein Pilotprojekt der Platz. Unsere Umspannanlagen platzen bereits heute aus allen Nähten. Entsprechend ist es eine Herausforderung, eine neue Technologie in realer Netzumgebung zu qualifizieren“, schließt Dr. Rusek ab. (ds)

Amprion GmbH
presse@amprion.net
www.amprion.net