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Erschienen in:
Ziel und Herausforderungen der Netzintegration Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

4. Elektrische Netze mit dezentralen Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien

verfasst von : Boris Valov

Erschienen in: Handbuch Netzintegration Erneuerbarer Energien

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Breiter Einsatz der Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien bringt viele Änderungen in den elektrischen Netzbetrieb mit sich: bi-direktionale Leistungsflüsse, volatile Leistungsbereitstellung bzw. fluktuierende Spannungen, Elektroenergieverluste, Netzrückwirkungen, Notwendigkeit der lokalen Spannungsregelung, Spannungshaltung, Spannungsstützung und vieles mehr. Die neuen Verfahren zur Spannungsregelung im Verbundnetz mit zahlreichen dezentralen Erzeugungsanlagen werden behandelt. Der Einfluss ihrer volatilen Leistungen auf die Verlustleistung, Elektroenergieverluste und Blindarbeit im ganzen Verbundnetz wird diskutiert. Erzeugung und Übertragung elektrischer Energie auf offener See wird ausführlich beschrieben. Übertragungsnetze mit Seekabeln und Seeplattformen für Offshore-Windparks sowie Netzanschluss der Stromerzeugungsanlagen auf dem Meeresboden sind ebenfalls dargestellt. Einsatz des Gleich- oder Drehstromes in Übertragungsnetzen auf See wird verglichen. Beschreibung der länderspezifischen Netzeigenschaften ist für Export der Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien von Bedeutung.

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Fußnoten
1
Aufnahmekapazität des Netzanschlusspunktes ist der Grenzwert der Scheinleistung, der die anzuschließende Erzeugungsanlage nicht überschreiten darf.
 
2
Siehe Kap. 7.
 
3
Deutsch: Netzanschlusspunkt; Englisch: Point of Common Coupling (PCC) [Begriff im IEC 60050 Nr. IEV 161-07-15]; Russisch: тoчкa пepeдaчи элeктpичecкoй энepгии.
 
4
Deutsch: Radialnetz; Englisch: radial system; Russisch: paдиaльнaя ceть.
 
5
Deutsch: Ringnetz; Englisch: ring system; Russisch: кoльцeвaя ceть или зaмкнyтaя ceть.
 
6
Deutsch: Vermaschtes Netz; Englisch: meshed system; Russisch: cмeшeннaя ceть.
 
7
Siehe Kap. 7.
 
8
Höchste genormte Leistung des Verteilungstransformators für Niederspannungsnetze ist 3,15 MVA.
 
9
Deutsch: Sternpunktbehandlung; Englisch: neutral grounding; Russisch: peжим paбoты нeйтpaли.
 
10
Deutsch: Spartransformator; Englisch: autotransformer; Russisch: aвтoтpaнcфopмaтop.
 
11
Siehe Kap. 9.
 
12
Siehe Abschn. 4.6.7
 
13
Siehe Abschn. 4.6.8.
 
14
Siehe Abschn. 3.​5.
 
15
Siehe Abschn. 4.8.3.
 
16
ENTSO-E: European Network of Transmission System Operators for Electricity. https://​www.​entsoe.​eu/​.
 
17
Siehe Kap. 7.
 
18
Siehe Abschn. 5.​11.
 
19
Deutsch: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ); Englisch: High Voltage Direct Current Line (HVDC-Line); Russisch: линия выcoкoгo нaпpяжeния пocтoяннoгo тoкa.
 
20
Deutsch: Wechselstrom; Englisch: Alternating Current (AC); Russisch: пepeмeнный тoк.
 
21
Deutsch: Gleichstrom; Englisch: Direct Current (DC); Russisch: пocтoянный тoк.
 
22
Siehe Abschn. 4.3.4.
 
23
Deutsch: klassische Thyristor-Technologie der HGÜ; Englisch: LCC – Line-Commutated-Converter; Russisch: пpeoбpaзoвaтeль тoкa c линeйнoй кoммyтaциeй тиpиcтopoв.
 
24
Deutsch: bipolare Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode; Englisch: IGBT -Insulated Gate Bipolar Transistor; Russisch: бипoляpный тpaнзиcтop c изoлиpoвaнным зaтвopoм.
 
25
Deutsch: HGÜ VSC – Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung als selbstgeführte Technik; Englisch: HVDC VSC – High Voltage Direct Current with Voltage Sourced Converter; Russisch: Bыcoкoвoльтнaя линия элeктpoпepeдaчи пocтoяннoгo тoкa c инвepтopными пpeoбpaзoвaтeлями нaпpяжeния.
 
26
Siehe Abschn. 4.7.
 
27
Siehe Abschn. 6.​8.
 
28
Siehe Abschn. 5.​7.
 
29
Siehe Abschn. 6.​8.​3.
 
30
Siehe Abschn. 5.​11.​1.
 
31
Siehe Kap. 9.
 
32
Siehe Abschn. 3.​5.​3.
 
33
„Synthetische oder künstliche Trägheit“ ist die Bereitstellung einer zusätzlichen ins Netz eingespeisten Leistung zum Ausgleich der Änderung der Netzfrequenz, um konventionelle Kraftwerke mit Synchrongeneratoren zu imitieren.
 
34
Deutsch: Synthetische oder künstliche Trägheit; Englisch: synthetic or artifical inertia; Russisch: cинтeзиpoвaнный мoмeнт инepции или иcкyccтвeнный мoмeнт инepции.
 
35
Kommutierungsproblem: Funkenüberschlag, Lichtbögen an den Kollektoren der Motoren.
 
36
Siehe Kap. 7.
 
37
Siehe Kap. 9.
 
38
VPE – vernetzter Polyethylen.
 
39
Siehe Kap. 9.
 
40
Siehe Abschn. 4.3.4.
 
41
Siehe Abschn. 4.3.4.
 
42
Deutsch: gasisolierte Leitung; Englisch: gas insulated line [IEV 601-03-06]; Russisch: линия элeктpoпepeдaчи c гaзoвoй изoляциeй [ГOCT 24291-90].
 
43
Siehe Kap. 7.
 
44
Siehe Abschn. 4.1.
 
45
Siehe Kap. 9.
 
46
Siehe Abschn. 3.​5.​3.
 
47
UMZ-Schutz – unabhängiger Maximalstromzeitschutz.
 
48
Siehe Kap. 7.
 
49
Siehe Abschn. 6.​8.
 
50
Siehe Kap. 9.
 
51
Stufenschalter – Einrichtung zum Wechseln der Anzapfungsanschlüsse einer Wicklung, die betrieben werden kann, während der Transformator an Spannung liegt oder unter Last steht (DIN EN 60076-1).
 
52
Deutsch: Stufenschalter; Englisch: On Load Tap Changer (OLTC); Russisch: peгyлятop нaпpяжeния пoд нaгpyзкoй (PПH).
 
53
Siehe Abschn. 4.4.3.
 
54
Siehe Abschn. 3.​5.
 
55
Siehe Abb. 3.​22.
 
56
Siehe Kap. 9.
 
57
Siehe Kap. 9.
 
58
Manuell gesteuerter Umsteller – Einrichtung zum Wechseln der Anzapfungsanschlüsse einer Wicklung, die nur betrieben werden kann, während der Transformator spannungsfrei ist (Norm DIN EN 60076-1).
 
59
Deutsch: manuell gesteuerter Umsteller; Englisch: De-Energized Tap Changer (DETC); Russisch: пepeключaтeль бeз вoзбyждeния (ПБB).
 
60
Siehe Abschn. 5.​7.​4 und 6.​8.
 
61
Siehe Kap. 9.
 
62
Siehe Abschn. 3.​5.
 
63
Siehe Kap. 9.
 
64
Siehe Abschn. 3.​8.
 
65
Siehe Kap. 3.
 
66
Siehe Kap. 9.
 
67
Deutsch: uni-direktionaler Leistungsfluss; Englisch: one-way power flow or unidirectional power flow; Russisch: oднoнaпpaвлeнный пoтoк мoщнocти.
 
68
Deutsch: bi-direktionaler Leistungsfluss; Englisch: two-way power flow or bidirectional power flow; Russisch: peвepcивный пoтoк мoщнocти.
 
69
Deutsch: Der Schnittpunkt mit Wirk- und Blindleistungsgleichgewicht ist der Wendepunkt der Richtung des Leistungsflusses; Englisch: The point of intersection with the active and reactive power balance is point where the power flow changes direction; Russisch: тoчкa paздeлa пoтoкoв aктивнoй и peaктивнoй мoщнocти.
 
70
Siehe Abschn. 4.4.2.
 
71
Siehe Kap. 9.
 
72
Siehe Abschn. 4.4.3.
 
73
Siehe Abschn. 5.​7.​3.
 
74
Deutsch: intelligente Netze, Englisch: Smart Grids, Russisch: интeллигeнтныe (или yмныe) ceти.
 
75
Siehe Abschn. 5.​3.
 
76
Siehe Abschn. 3.​8.
 
77
Siehe Abschn. 3.​6.
 
78
Siehe Abschn. 3.​5.​1.
 
79
Siehe Kap. 9.
 
80
Siehe Abschn. 3.​9.
 
81
Deutsch: Regelbare Systeme für Drehstromübertragungen; Englisch: Flexible Alternative Current Transmission System (FACTS); Russisch: yпpaвляeмыe cиcтeмы для пepeдaч пepeмeннoгo тoкa.
 
82
Siehe Abschn. 5.​11.
 
83
Siehe Abschn. 4.8.8.
 
84
Siehe Abschn. 3.​9.​2.
 
85
Siehe Abschn. 4.8.8.
 
86
Bei der Übertragung durch eine Freileitung der natürlichen Leistung sind ihre induktive und kapazitive Blindleistung gleich.
 
87
Siehe Abschn. 3.​5.​3.
 
88
Siehe Abschn. 4.8.6.
 
89
Die „primäre Wicklung der Leistungstransformatoren“ wird in Fachpublikationen auch als „Oberspannungswicklung“ bezeichnet.
 
90
Siehe Kap. 9.
 
91
Siehe Kap. 9.
 
92
Siehe Abschn. 4.6.1.
 
93
Siehe Abschn. 3.​5.​3.
 
94
Für den „Spannungsabstand“ ist der alternative Begriff „Stufenspannung“. In technischen Daten des Ortsnetztransformators wird in Prozent der Nennspannung angegeben.
 
95
Siehe Kap. 9.
 
96
Siehe Kap. 9.
 
97
Statiken – lineare oder nicht lineare Abhängigkeit der Ausgangsparameter von den Eingangsparametern des Reglers. In den Reglungseinheiten der Erzeugungsanlagen erneuerbarer Energien sind als Eingangsparameter praxisüblich: Strom, Spannung, Wirkleistung, Verschiebungsfaktor und Frequenz.
 
98
Siehe Abschn. 6.​8.
 
99
Deutsch: intelligente Messungen, Englisch: Smart Metering, Russisch: интeллигeнтныe измepeния.
 
100
Siehe Abschn. 3.​6.
 
101
Siehe Abschn. 3.​3.
 
102
Siehe Abschn. 3.​2.​9.
 
103
Siehe Kap. 9.
 
104
Siehe Abschn. 5.​9.​4.
 
105
Deutsch: Volllaststundenzahl; Englisch: number of full-load hours; Russisch: чиcлo чacoв иcпoльзoвaния мaкcимyмa нaгpyзки.
 
106
Laut dem deutschen Bundesamt für Seefahrt und Hydrographie: www.​bsh.​de.
 
107
Siehe Abschn. 2.​6.
 
108
Siehe Abschn. 5.​1.
 
109
Die Nennspannungen sind gemäß IEC 60038, die für neue Netze weltweit empfohlen sind.
 
110
Siehe Abschn. 4.4.4.
 
111
Siehe Kap. 7.
 
112
Siehe Kap. 9.
 
113
Siehe Abschn. 4.4.4.
 
114
Deutsch: „Hochsee“, „offene See“, „vor der Küste gelegen“ oder „vor der Küste liegend“; Englisch: „Offshore“; Russisch: „в oткpытoм мope“ или „в дaли oт бepeгoвoй линии“.
 
115
Siehe Abschn. 3.​1.
 
116
Siehe Kap. 7.
 
117
Siehe Kap. 7.
 
118
Deutsch: Schwarzstartfähigkeit der Erzeugungseinheit; Englisch: Black-start capability of the generating unit; Russisch: cпocoбнocть зaпycкa элeктpocтaнции бeз пocтopoннeй пoмoщи или cпocoбнocть xoлoднoгo зaпycкa элeктpocтaнции.
 
119
Siehe Abschn. 3.​5.
 
120
Siehe Kap. 5 und 6.
 
121
Siehe Abschn. 3.​5.​3.
 
122
Zur Größe des Arbeitsstreifens gehören die Breiten eines Fahrstreifens, zwei Sicherheitszonen und einer Grabenbreite.
 
123
Deutsch: Netzgruppe; Englisch: cluster (Übersetzung des IEC-Standards Nr. 715-07-06); Russisch: группа соединенных сетей.
 
124
Siehe Kap. 7.
 
125
Siehe Kap. 7.
 
126
Laut der Skala der Nennspannungen im Standard IEC 60038 „CENELEC-Normspannungen“.
 
127
Deutsch: Längsspannungsregler; Englisch: booster transformer; Russisch: линeйный peгyлиpyeмый тpaнcфopмaтop.
 
128
Deutsch: Einschaltstrom des Transformators, Englisch: inrush current of transformer, Russisch: бpocoк тoкa нaмaгничивaния пpи включeнии тpaнcфopмaтopa.
 
129
Siehe Kap. 9.
 
130
Siehe Abb. 4.21und 4.22 und Kap. 5.
 
131
Deutsch: Netzverknüpfungspunkt; Englisch: Point of Common Coupling (PCC) [IEV-61-07-15]; Russisch: тoчкa пepeдaчи элeктpичecкoй энepгии [64].
 
132
Siehe Abschn. 4.8.4.
 
133
Siehe Abschn. 4.3.
 
134
„Ferranti-Effekt“ ist eine Spannungserhöhung am Ende einer langen Freileitung oder eines langen Kabels mit hohen Betriebskapazitäten. Diese Spannungserhöhung wird durch Lastabschaltung am Ende der Leitung und Kommutierungsvorgänge verursacht.
 
135
Deutsch: Ferranti-Effekt; Englisch: Ferranti-Effect; Russisch: пepeнapяжeния нa нe нaгpyжeннoй линии.
 
136
Bei der Schaltgruppe „YY0“ ist jede von zwei Wicklungen des Transformators als Stern mit isoliertem Sternpunkt bzw. ohne galvanische Verbindung mit Erde geschaltet.
 
137
Siehe Abschn. 4.8.6.
 
138
Deutsch: Sanft-Start mit Begrenzung des Einschaltstromes; Englisch: Soft-Closing with limitation of the inrush current; Russisch: „мягкий пycк c oгpaничeниeм бpocкoв тoкa включeния“.
 
139
Siehe Abschn. 4.3.5.
 
140
Deutsch: Die thyristor-gesteuerte Spule; Englisch: Thyristor-Controlled Reactor (TCR); Russisch: тиpиcтopoм yпpaвляeмый peaктop.
 
141
Deutsch: Die thyristor-geschaltete Spule; Englisch: Thyristor-Switched Reactor (TSR); Russisch: тиpиcтopoм кoммyтиpyeмый peaктop.
 
142
Die Nennspannung von 150 kV soll laut dem Standard IEC 60038 als nicht bevorzugter Wert angesehen werden.
 
143
Siehe Abschn. 3.​5.
 
144
Siehe Kap. 5 und 6.
 
145
Siehe Kap. 3.
 
146
Siehe Abschn. 4.8.3.
 
147
Siehe Kap. 6.
 
148
Siehe Abschn. 4.4.
 
149
Es wurden die Netze von europäischen Ländern, Brasilien, China, Nordafrika und Russland analysiert.
 
150
Deutsch: Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung (HH-Sicherung); Englisch: High Voltage Fuse; Russisch: выcoкoвoльтный пpeдoxpaнитeль.
 
151
Deutsch: Lasttrennschalter; Englisch: Load Break Switches; Russisch: выключaтeль нaгpyзки.
 
152
Deutsch: Leistungsschalter; Englisch: Circuit breaker; Russisch: cилoвoй выключaтeль.
 
153
Deutsch: Sternpunktbehandlung; Englisch: neutral point connection; Russisch: peжим paбoты нeйтpaли.
 
154
Energietechnische Gesellschaft (ETG) ist im Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. (VDE) ein technisch-wissenschaftlicher Verband in Deutschland.
 
Literatur
1.
Verordnung 2016/631 der EU-Kommission vom 14. April 2016 zur Festlegung eines Netzkodex mit Netzanschlussbestimmungen für Stromerzeuger. Amtsblatt der EU L112/1, 27.4.2016.
2.
Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global. „Leistudie 2010“, Studie von DLR, BMU, IWES, IFNE, 2010.
3.
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4.
Leitfaden zum Einsatz von Schutzsystemen in elektrischen Netzen. Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE. Berlin, 2009.
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9.
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Lehner J: Netzpendelungen im synchronen kontinentaleuropäischen Verbundsystem unter dem Einfluss erneuerbarer Erzeugung, In ETG-Tagung „Die Dynamik des Netzes“ in München, VDE Verlag GmbH, ISBN 978-3-8007-3336-1, 2011.
11.
Grebe E, Weber H: Systemstudien zum Anschluss der Türkei an das europäische Verbundsystem, In ETG-Tagung „Die Dynamik des Netzes“ in München, VDE Verlag GmbH. ISBN 978-3-8007-3336-1, 2011.
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14.
Venikov W A: Energieübertragung mit Dreh- und Gleichstrom hoher Spannung. Hochschulen-Verlag, Moskau, 1972.
15.
Denisenko G I: Elektrische Systeme und Netze, Hochschulen-Verlag, Kiev, 1986.
16.
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Hanson J, Eicher S: Selbstgeführte Umrichter für HGÜ und ihre Anwendung im elektrischen Versorgungsnetz, ABB Energietechnik, 2006.
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Netzentwicklungsplan Strom 2025, Version 2015, zweiter Entwurf, 2016.
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Auswirkungen reduzierter Schwungmasse auf einen stabilen Netzbetrieb. Netzbetreiber in Deutschland, 2014.
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Beck H P et al.: Netzstabilisierung durch die „Virtuelle Synchronmaschine“ (VISMA) mit überlagerter Frequenz- und Spannungsregelung. Intern. ETG-Kongress, 2013.
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Díaz-González F, Sumper A, Gomis-Bellmunt O: Energy Storage in Power Systems. John Wiley & Sons, 2016.
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33.
Neidhöfer G: Warum haben wir heute die Frequenz 50 Hz? ETG_ Mitgliedsinformation, 2014.
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Biesenack H et al: Energieversorgung elektrischer Bahnen. Teubner Verlag. ISBN 978-3-5190-6249-3, 2006.
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DIN EN 60196 VDE 0175-3: IEC-Normfrequenzen, 2010.
37.
DIN EN 50182: Leiter für Freileitungen – Leiter aus konzentrisch verseilten runden Drähten, 2016.
38.
DIN VDE 0276: Starkstromkabel. Teil 620: Energieverteilungskabel mit extrudierter Isolierung für Nennspannungen U0/U 3,6/6 (7,2) kV bis 20,8/36 (42) kV, 2007.
39.
Fischer W, Braun R, Erlich I, Brakelmann H, Meng X: Dreiphasiges 16,7-Hz-System für die Übertragung von Offshore-Windenergie. Teil 1: System und Komponenten. ew-Magazin, H.11, 2013.
40.
Schütte Th: Leistungsübertragung bei Windenergieanlagen und -parks, Elektrische Bahnen, Vol. 108, 5/2010.
41.
Schütte Th et al.: Erzeugung und Übertragung von Windenergie mittels Sonderfrequenz. Bahnenenergieversorgung, Elektrische Bahnen, Heft 11, 2001.
42.
Sorg A: Projekt Barrow 90 MW Offshore Windpark. VWEW Infotag „Windkraft und Netzintegration“, Hamburg, 2006.
43.
Oswald B R et al.: Vergleichende Studie zu Stromübertragungstechniken im Höchstspannungsnetz, Hannover & Oldenburg, 2005.
44.
Übertragung elektrischer Energie. VDE-Positionspapier. ETG/VDE, 2010.
45.
Kießling F: Freileitungen – Planung, Berechnung, Ausführung, Springer-Verlag, 2001.CrossRef
46.
DIN EN 50341-1 VDE 0210-1: Freileitungen über AC 1 kV. Teil 1: Allgemeine Anforderungen – Gemeinsame Festlegungen, 2012.
47.
Niemeyer P: Freileitung. VDE-Verlag, 1992.
48.
Gerasimenko A A, Fedin W T: Übertragung und Verteilung der elektrischen Energie. ISBN 5-9839-9023-3, 2006.
49.
50.
ABB Schaltanlagen-Handbuch. Cornelsen Scriptor, ISBN 978-3-0645-0726-5, 2012.
51.
XLPE Land Cable Systems. User’s Guide. ABB. Rev. 5, 2010.
52.
XLPE Submarine Cable Systems.Attachment to XLPE Land Cable Systems, User’s Guide. ABB. Rev. 5, 2010.
53.
54.
Brakelmann H: Netzverstärkungs-Trassen zur Übertragung von Windenergie: Freileitung oder Kabel?, 2004.
55.
Koch H: Gas Insulated Transmission Lines (GIL). John Wiley & Sons, 2011.
56.
DIN EN 62271: Hochspannungs-Schaltgeräte und -Schaltanagen. Teil 204: Starre gasisolierte Übertragungsleitungen für Bemessungsspannungen über 52 kV, 2012.
57.
58.
Dena-Verteilnetzstudie. Ausbau- und Innovationsbedarf der Stromverteilnetze in Deutschland bis 2030. Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), 2012.
59.
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Metadaten
Titel
Elektrische Netze mit dezentralen Erzeugungsanlagen Erneuerbarer Energien
verfasst von
Boris Valov
Copyright-Jahr
2022
Buch
Handbuch Netzintegration Erneuerbarer Energien

Print ISBN: 978-3-658-37790-8

Electronic ISBN: 978-3-658-37791-5

Copyright-Jahr: 2022

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-37791-5_4