Netze
Vortragsgliederung • Stand der Arbeiten: Themenbereich Netze (IFHT) • Technologiefeld „Echtzeitfähige NS/MS-Netzstrukturen - Active Grids“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • Technologiefeld „Supraleitung“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • weitere Arbeitsschritte
Vortragsgliederung • Stand der Arbeiten: Themenbereich Netze (IFHT) • Technologiefeld „Echtzeitfähige NS/MS-Netzstrukturen - ActiveGrids“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • Technologiefeld „Supraleitung“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • weitere Arbeitsschritte
Stand der Arbeiten
Stand der Arbeiten
Vortragsgliederung • Stand der Arbeiten: Themenbereich Netze (IFHT) • Technologiefeld „Echtzeitfähige NS/MS-Netzstrukturen - ActiveGrids“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • Technologiefeld „Supraleitung“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • weitere Arbeitsschritte
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenVorgehensweise • Interne Expertengespräche • Befragung externer Experten (Industrie) • Eigene Untersuchungen
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenTechnologiebeschreibung heutige Struktur: • Netze arbeiten „lastgeführt“ • Vertikale (unidirektional ) Leistungsflüsse • Vertikaler Informationsfluss (bis zur Mittelspannungssammelschiene)
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenTechnologiebeschreibung heutige Struktur: zukünftige Struktur: • Netze arbeiten „lastgeführt“ • Vertikale (unidirektional ) Leistungsflüsse • Vertikaler Informationsfluss (bis zur Mittelspannungssammelschiene) • Optimale Netzauslastung • Multidirektionale Leistungsflüsse • Multidirektionale Informationsflüsse
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenTechnologiebeschreibung zukünftige Struktur: Anforderungen an die zukünftigen Netzstrukturen: • Optimale Netzauslastung • Multidirektionale Leistungsflüsse • Multidirektionale Informationsflüsse • Steigerung der Energieeffizienz • Emissionsreduktion • Massive Integration dezentraler elektrischer Energieerzeugung / Nutzbarmachung neuer Energiequellen • Gewährleistung von Stabilität / Versorgungssicherheit Notwendig hierfür: • Beobachtbarkeit physikalisch konsistenter Netzzustand in Echtzeit • neben Sensorik bedarf es hierfür „wirkende“ Komponenten,aktorische Technologien: „ActiveGrid“
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenTechnologiebeschreibung Technologiebeispiel: intelligente Ortsnetzstation • Messwerterfassung + Messdatenübermittlung (Arbeit/Leistung/Frequenz/Spannung) • Speicher: Ereignis-, Mess- und Zählwertspeicher (wichtig für Fehlerfall) • Informationen über Betriebszustände und Fehlerfälle • Eigenenergieversorgung • Datenübermittlung an zentrale Instanz später: „selbstorganisierende intelligente“ Netzknoten Notwendigkeit „semantische Protokolle“ • „Aktorik“: • (elektronischer) Spannungssteller/-regler im Verteilungsnetz (MS/NS) • Power Quality Management • Bi-Direktional arbeitende (virtuelle) Massen-Speicher (z.B. E-Mobility)
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenTechnologiebeschreibung Notwendigkeit der Entwicklung genereller Betriebsstrategien: Notwendige technologische Entwicklungen müssen unter Aspekten der: • Skalierbarkeit / Modularisierbarkeit • Senkung der Life Cycle Kosten (Lebensdauer, Betriebskosten, Investition) • Nachrüstbarkeit ! (600000 Ortsnetzstationen in DE) erfolgen.
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenTechnologiebeschreibung Notwendigkeit genereller Kommunikationsstandards: • Entwicklung im Bereich der Kommunikationsprovider heute z.B.: PLC (PowerLineCarrier) • Entwicklung standardisierter Protokolle: Quasi-Standard heute IEC 61850 • „selbstorganisierende intelligente“ Netzknoten Vergleiche bestehende Ideen „mesh-up“-Ansätze, selbstheilende, selbstorganisierende Netzstrukturen Völlig neue Kommunikationsprotokolle:„semantische Protokolle“, damit verteilte Speicherung der Betriebserfahrung und -strategie
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenZukünftige Entwicklung • Klärung der technischen Machbarkeit (Regelung einer Vielzahl regelungstechnischer Sub-Systeme) • Konzeptionelle Unklarheit über die technologischen Konzepte Determinierung der Wertschöpfungspotentiale • Hoher Investitionsaufwand bei ungeklärtem „return of invest“ (auch Gefahr durch Substitionstechnologien insbesondere im Bereich der IKT und Applikationssoftware) • Unsicherheiten über den volkswirtschaftlichen, schlussendlich auch ökologischen Nutzen • Standardisierungsprozesse • … • Leistungselektronische Bauelemente • Komponentenentwicklung / Baugruppen • IKT (Hard- Software; Protokolle) • Leittechnik und Betriebsführung … und Hemmnisse
Echtzeitfähige NS/MS-NetzstrukturenF&E: Relevanz • Relevanz des Technologiefeldes ist hoch • Netz ist die physikalische Matrix für die Integration neuer Energieerzeugungs-Technologien • Szenarien sind determiniert durch eine massive Penetration des Netzes mit erneuerbaren elektrischen Energieerzeugern (fremdgeführt, Volatilität). • Versorgungssicherheit, Zuverlässigkeit und Spannungsqualität u.a. machen neue Technologien zwingend erforderlich! F&E: erste Empfehlungen / Themenschwerpunkte • Systemische UntersuchungenAuswirkungen Regelungskonzepte („Gegeneinander-Regeln“) Untersuchung Betriebsführung • Entwicklung „aktorischer“ Komponenten z.B. leistungselektronische Komponenten (s. Bsp. Elektronischer Stufensteller; elektronischer Transformator (als „Leistungsnetzteil“) etc.) • Sensorische Komponenten / IKTheute angedachte Konzepte/Realisierungsansätze: „Smart Metering“
Vortragsgliederung • Stand der Arbeiten: Themenbereich Netze (IFHT) • Technologiefeld „Echtzeitfähige NS/MS-Netzstrukturen - ActiveGrids“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • Technologiefeld „Supraleitung“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • weitere Arbeitsschritte
SupraleitungVorgehensweise • Betrachtung erfolgt aus „Netz-Sicht“ • umfangreiche Literaturrecherche To do: • Expertengespräche (z.B. Experten von nkt, Nexans, ASE, Industrieverband Supraleitung, RWE, FGH e.V.)
Supraleitung Technologiebeschreibung • Keine Stromwärmeverluste („Widerstandsloser“ Stromtransport ) Energiebedarf für Kühlung • sehr hohe Stromtragfähigkeit / Stromdichte
Supraleitung Technologiebeschreibung Quelle: ACCEL Instruments GmbH
Supraleitung Technologiebeschreibung • Stromdichte deutlich erhöht Spulenhöhe, Spulendicke sinken drastisch • Verkleinerung des Eisenkerns (Schenkelhöhe, Jochlänge) möglich Geringere Eisenmassen / verringertes Fe-Volumen • leichteren Transformatoren(ca. 50% Gewichtseinsparung) • geringere Ummagnetisierungsverlusten Quelle: ACCEL Instruments GmbH Quelle: Siemens
Supraleitung Technologiebeschreibung Quelle: Nexans Quelle: ACCEL Instruments GmbH Quelle: Siemens Quelle: American Superconductor
1 • 1 • 2 • 2 • ~ • ~ SupraleitungZukünftige Entwicklung und Hemmnisse • Aktuelle Projekte haben eher den Status von Demonstrationsanlagen / Prototypen • kurzfristig verfügbar: Anlagen zur Überbrückung von Flaschenhälsen (shortdistance Stromübertragung) • in den nächsten Jahren Nutzung auch über längere Distanzen möglich (Größenordnung bis 10 km) • zukünftig mit entsprechenden Betriebsstrategien & Langzeiterfahrungen Langstreckenstromtransport möglich • Fortschritte bei Kühltechnologie & Materialien erleichtern diesen Prozess • ~ • ~
SupraleitungZukünftige Entwicklung und Hemmnisse • Stromtransport mit supraleitenden Kabeln steht derzeit in Konkurrenz zu bereits etablierten Technologien • Z.B: HTSC Short Distance Cable GIS/GIL, AC Cable • Z.B: HTSC Long Distance Cable HGÜ • Versorgungssicherheit bei neuer Technologie muss gewährleistet sein • Hier: vor allem Kyrotechnik • Lebenszykluskosten kritisch • wirtschaftliche Risiken, da kaum Betriebs- & Langzeiterfahrung • lange Vorlaufzeiten
Kostensenkung bei den Herstellungsprozessen supraleitender Materialien effiziente & wartungsfreie Kühlsysteme / Kühltechnik Netzintegration (Tools / Verfahren zur Netzplanung) Schutztechnik (Zerstörungsgefahr des Kabels bei zu hoher Stromlast) Leit- & Referenzprojekte SupraleitungF&E: erste Empfehlungen / Themenschwerpunkte
weitere Arbeitsschritte • Weitere Ausarbeitung der Technologischen Potentiale • Ggf. Expertengespräche
Vortragsgliederung • Stand der Arbeiten: Themenbereich Netze (IFHT) • Technologiefeld „Echtzeitfähige NS/MS-Netzstrukturen - ActiveGrids“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • Technologiefeld „Supraleitung“ • Vorgehensweise • Technologiebeschreibung und Entwicklungsstand • Zukünftige Entwicklung und Entwicklungshemmnisse • Erste Empfehlung für die öffentliche F&E-Förderung • Notwendigkeit warum? • Relevanz des Technologiefeldes • Themenschwerpunkte für eine öffentliche F&E-Förderung • weitere Arbeitsschritte
weitere Arbeitsschritte • Bearbeitung / Fertigstellung Technologiefelder • Expertengespräche • Fertigstellung der Bewertungen anhand der Bewertungsschemata des Methodenpapiers
Ende
