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About this book

Dieses Buch behandelt ein hochaktuelles Thema der Energiewende: Mit der Liberalisierung der Energieversorgung und der gesetzlichen Förderung erneuerbarer und ressourcenschonender Erzeugungstechniken setzte eine grundlegende Umstrukturierung der elektrischen Energieversorgung ein. Diese findet vorwiegend in Verteilnetzen statt.

Einleitend erläutert das Buch dazu die gesetzlichen Grundlagen. Im Anschluss werden die Technologien dezentraler Elektroenergieerzeugung vorgestellt. Schwerpunkte bilden deren elektrische Eigenschaften und Erzeugungscharakteristiken. Der folgende Buchteil stellt aktuelle Planungsgrundlagen und Anlagentechniken von Verteilnetzen vor. Ein Kapitel zum Netzanschluss dezentraler Erzeugungsanlagen bildet den Abschluss. Der Buchinhalt wird durch eine Reihe von Rechenbeispielen verdeutlicht.

Die Zielgruppen

Das Werk wendet sich an Mitarbeiter von Energieversorgungsunternehmen sowie an Entwickler, Planer und Hersteller von Systemen mit Bezug zur dezentralen Elektroenergieerzeugung. Für Studenten und Wissenschaftler bietet es den aktuellen Stand der Technik und der Forschung.

Table of Contents

Frontmatter

Kapitel 1. Strukturwandel in der Elektroenergieversorgung

Zusammenfassung
Die Energiewirtschaften der Industriestaaten befinden sich in einem grundlegenden Wandel. Die Ursachen dafür sind länderspezifisch und spiegeln sich in energiepolitischen Zielstellungen wider. Für Deutschland liegen sie einerseits in der Notwendigkeit zur Reduktion des CO2-Austoßes und der Abhängigkeit von Energierohstoffimporten und andererseits in der Liberalisierung des Energiemarktes und dem Ausstieg aus der Kernenergienutzung zur Stromerzeugung. Die Umsetzung dieser Zielstellungen erfordert den Einsatz erneuerbarer Energieträger und effizienterer Techniken zur Nutzung konventioneller Primärenergieträger. Diese Energietechnologien arbeiten vorwiegend in kleinen Leistungsbereichen und führen zu einer dezentralen Speisung besonders der Verteilnetzebenen an zahlreichen Netzknoten. In Verbindung mit konventionellen Kraftwerken und Verbrauchern müssen die dezentralen Erzeugungsanlagen technisch sicher und flexibel sowie wirtschaftlich optimal betrieben werden. Dazu bedarf es einer vor allem informationstechnischen Erweiterung des Energiesystems hin zum Smart Grid. Die durchgehende Vernetzung der Systemkomponenten bietet dabei eine Reihe neuer Funktionalitäten. Die heutige Situation in elektrischen Verteilnetzen ist einerseits durch zahlreiche, teilweise steuerbare, dezentrale Erzeuger und andererseits durch das noch weitgehende Fehlen durchgängiger Kommunikationstechnik geprägt. Dafür wird der Begriff des Flächenkraftwerkes verwendet.
Jörg Scheffler

Kapitel 2. Gesetzliche Grundlagen zur Förderung zusätzlicher Primärenergieträger und effizienterer Technologien

Zusammenfassung
Umstrukturierungen der Energiewirtschaft sind mit hohen und meist erst langfristig wirtschaftlichen Investitionen verbunden. Sie werden politisch gewollt von Gesetzen zu ihrer wirtschaftlichen Förderung flankiert.
Im folgenden Kapitel werden die internationalen und nationalen Rahmenvorgaben auf globaler und europäischer Ebene sowie die für Deutschland maßgeblichen Gesetze vorgestellt.
Das Gesetz für den Vorrang erneuerbarer Energien − EEG ist das von seiner Wirkung her zentrale gesetzliche Instrument zur Forcierung der Energiewende in Deutschland. Im Folgenden werden
  • die Ziele und die Entwicklung des Gesetzes
  • die Vergütungszahlungen und der Ausgleichsmechanismus und
  • die Umsetzung des Gesetzes am Beispiel der Festlegung des Verknüpfungspunktes
vorgestellt. Die Ermittlung der EEG-Umlage wird detailliert erläutert.
Zur Förderung der energieeffizienten Kraft-Wärme-Kopplung die das Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung − KWKG. Hier wird auf
  • die Ziele des Gesetzes und die Grundsätze der Vergütung
  • die Zuschlagzahlungen und der Belastungsausgleich
eingegangen und die Ermittlung des KWK-Umlage erläutert.
Jörg Scheffler

Kapitel 3. Technologien dezentraler Stromerzeugung

Zusammenfassung
Für die dezentrale Elektroenergieerzeugung stehen eine Reihe von Technologien zur Verfügung. Das folgende Kapitel stellt
  • Fotovoltaische Energiewandler
  • Windkraftanlagen
  • Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen
  • Biomasseanlagen und
  • Kleinwasserkraftanlagen
vor. Schwerpunkt bilden dabei die für die Erzeugung von Elektroenergie relevanten Eigenschaften und Zusammenhänge.
Konventionelle Kraftwerke können durch die Beschaffung und Bevorratung fossiler Brennstoffe nach vorab festgelegten Fahrplänen betrieben werden. Im Gegensatz dazu erfolgt der Betrieb dezentraler Elektroenergieerzeugungsanlagen nach der zeitlichen Verfügbarkeit der jeweiligen Primärenergie oder der möglichen Nutzung des Koppelproduktes „Wärme“.
Für die genannten Erzeuger werden daher zunächst die Prinzipien der Entstehung des Energieangebotes und dessen zeitliche Verfügbarkeit vorgestellt. Im Anschluss sind die Technologien zur Nutzung des energetischen Angebotes erläutert. Auf der Grundlage dieser beiden Komponenten werden die Charakteristik und die Prognostizierbarkeit der Elektroenergieerzeugung gezeigt und mit Beispielen belegt.
Entsprechend der Zielstellung der dezentralen Elektroenergieerzeugung werden im Anschluss daran Aussagen zur Umweltrelevanz der jeweiligen Technologien getroffen.
Den Abschluss jedes Teilkapitels bilden Informationen zum Stand der Nutzung in Deutschland und im globalen Vergleich. Für Deutschland wird dabei neben der zeitlichen und regionalen Verteilung durchgängig die gespeiste Netzebene als Kriterium einbezogen.
Jörg Scheffler

Kapitel 4. Elektrische Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze

Zusammenfassung
Verteilnetzen kommt bei der Umstrukturierung der Elektroenergieversorgung die entscheidende Rolle zu. Das betrifft besonders die Verteilnetze der allgemeinen Versorgung. Sie werden mit neuen Anforderungen konfrontiert, für die sie im Allgemeinen nicht geplant und errichtet wurden. Nach einem Überblick zur Einteilung von Verteilungsnetzen werden Netze der allgemeinen Versorgung für die Hoch-, die Mittel- und die Niederspannungsebene vorgestellt. Schwerpunkte bilden dabei
  • Grundsätze, Vorgaben und Einflussfaktoren der Netzplanung
  • eingesetzte Betriebsmittel
  • Kennzahlen der jeweiligen Netzebene für Deutschland
  • Möglichkeiten zur Modellierung der Netze
Anhand des Standes der Technik wird auf aktuelle Entwicklungen eingegangen, die durch die Netzanbindung dezentraler Einspeiser erforderlich oder in ihrer Anwendung beschleunigt werden. Das betrifft unter anderem das Freileitungsmonitoring und den Einsatz regelbarer Ortsnetztransformatoren.
Jörg Scheffler

Kapitel 5. Anschluss dezentraler Erzeuger an elektrische Verteilnetze der allgemeinen Versorgung

Zusammenfassung
Das Kapitel stellt zunächst den prinzipiellen Ablauf des Anschlusses einer dezentralen Elektroenergieerzeugungsanlage an das Verteilnetz dar. Für die je nach Netzebene mittlerweile sehr komplexen Prozesse werden die jeweils geltenden Regelwerke vorgestellt. Die Umsetzung der geltenden Vorgaben wird im Anschluss durch Beispiele zur
  • Anschlussbeurteilung an Mittelspannungsnetze der allgemeinen Versorgung nach der BDEW-Richtlinie und zur
  • Anschlussbeurteilung an Niederspannungsnetze der allgemeinen Versorgung nach VDE AR-N 4105
demonstriert. Die Beispiele entsprechen in ihrem Vorgehen den in den erwähnten Richtlinien enthaltenen. Wert gelegt wurde auf detailliierte und nachvollziehbare Erläuterungen.
Jörg Scheffler

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