Entwurf eines Verfahrens zur Allokation von thermischen Betriebsmittelreserven eines HGÜ-Systems für den AC-DC-Systemschutz. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - 1 Online-Ressource (X, 98 Seiten). - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik (IBEGA) ; Band 36)
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2023
Mit steigenden Lastflüssen von dezentralen Erzeugungseinheiten zu den Lastzentren wird das bestehende Wechselstrom (AC)-Netz zunehmend bis an seine Grenzen ausgelastet. Die Errichtung von Gleichstrom (DC)-Erdkabeltrassen ermöglicht den Transport großer Energiemengen über weite Entfernungen bei geringen Übertragungsverlusten. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, wie sich die inhärenten thermischen Reserven der DC-Kabel in einem vermaschten, ins AC-Netz integrierten, DC-Netz zur Engpassbehandlung im AC- oder DC-Netz nutzen lassen. Dabei wird, basierend auf der Beschreibung des DC-Kabels über ein Wärmenetz, ein vereinfachtes, analytisch lösbares Modell eines 525 kV DC-Kabels abgeleitet. Dieses Modell wird im zweiten Teil der Arbeit in einen Vorschlag für ein Systemführungskonzept im gekoppelten AC-DC-Netz eingebunden. Der Fokus des Systemführungskonzepts liegt auf der Engpassbehandlung im AC- oder DC-Netz mithilfe der inhärenten thermischen Kabelreserven. Die grundsätzliche Umsetzbarkeit des Systemführungskonzepts wird anhand eines einfach vermaschten DC-Netzes als Overlaynetz zu einem generischen AC-Netz gezeigt.
https://doi.org/10.22032/dbt.59118
Analytische Berechnung der Elastizität von Oberleitungskettenwerken. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2013
Inhalt dieser Arbeit ist die Entwicklung und Implementierung einer analytischen Berechnungsmethode zur Ermittlung der statischen Elastizität von Kettenwerksoberleitungen für elektrische Bahnen. Es wurde untersucht, in welchem Detailgrad die statische Elastizität abzubilden ist. Ausgehend von diesen Untersuchungen wurde das Programm CandropPro der Siemens AG, welches zur Berechnung von Oberleitungsstatik eingesetzt wird, um einen analytischen Berechnungsalgorithmus zur Ermittlung der statischen Elastizität erweitert. Dabei wurden für die Elastizitätsberechnung gesondert zu behandelnde Elemente der Oberleitungskonstruktion herausgestellt und Berechnungsmodelle hergeleitet. Gleichzeitig wurden Methoden, die den auftretenden Berechnungsaufwand reduzieren, analysiert und gegebenenfalls implementiert. Abschließend wurden die mit dem entwickelten Algorithmus ermittelten Ergebnisse anhand von Vergleichen mit anderen analytischen Berechnungsmethoden und Simulationsrechnungen der nichtlinearen Finite-Elemente-Methode validiert. Es hat sich herausgestellt, dass die analytische Berechnungsmethode den Elastizitätsverlauf ausreichend gut darstellt und für praxisrelevante Probleme einsetzbar ist.
Nachfragesteuerung unter Einbezug privater Verbraucher. - 72 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Aufgrund der Bekämpfung des Klimawandels und der Verringerung des CO2-Ausstoßes plant die europäische Union eine effizientere Energieversorgung. Am 05.April. 2006 wurde die Richtlinie 2006/32/EG von der EU erlassen, sodass die effiziente Energieversorgung durch Ausnutzung Erneuerbarer Energie und Nachfragesteuerung der Endverbraucher realisiert werden kann. Diese setzte die deutsche Regierung im Jahr 2008 mit Novellierung des EnWG, welche durch Änderung des § 21b EnWG und Einführung des § 40 EnWG erfolgt, um. - Diese Arbeit zeigt zum Einen die Grundlage des Stromhandels, zum Anderen die Preisfindung des Strommarktes bzw. die Zusammensetzung des Strompreises für private Verbraucher. Des Weiteren werden die flexiblen Tarife, welche als Instrumentarien der Nachfragesteuerung eingesetzt werden, vorgestellt und darüber hinaus entstehende Frage diskutiert.
Technische und ökonomische Bewertung von Schutzeinrichtungen gegen Störlichtbögen in elektrischen Anlagen. - 177 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Der Schutzanspruch gegenüber den Auswirkungen eines Störlichtbogenfehlers bei Kurzschlüssen ist ein wesentlicher Aspekt der Gestaltung, Planung, Betrieb und Sicherheitsauslegung von elektrischen Anlagen. In diesem Zusammenhang werden in dieser Diplomarbeit konkrete technische Schutzeinrichtungen gegen Störlichtbögen im Hinblick auf deren Einsatzbereiche, Selektivität, Schnelligkeit, Zuverlässigkeit, Empfindlichkeit, Wirtschaftlichkeit und mögliche Systemgrenzen hin untersucht und untereinander mittels einer Nutzwertanalyse verglichen. Ausgehend von den Analyseergebnissen erfolgt die Konzeption einer verbesserten Störlichtbogenschutzeinrichtung anhand der Kriterien Licht und Strom sowie deren Kombination. Weiter werden im Hinblick auf die schnelle Identifizierung von Lichtbogenfehlern nichtkonventionelle aktive Sensoren untersucht, sowie verbesserte Detektionsverfahren und Auswertealgorithmen dargestellt. Abschließend wird eine ökonomische Bewertung und Amortisationsbetrachtung von Störlichtbogenschutzsystem durchgeführt, die auf einem neuartigen differenzierten stochastischen Schadensmodell basiert. Zusätzlich wird der Nutzen von Störlichtbogenschutzsystemen anhand des LPNI-Schemas aus Sicht der nachhaltigen Unternehmensführung untersucht.
Variable Stromtarife im Geschäftsfeld Privatverbraucher. - 71 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Die steigenden Anteile dezentraler und regenerativer Energieversorgung sowie der Elektromobilität stellen die Energiewirtschaft vor Aufgaben und Probleme. Um eine sichere und nachhaltige Energieversorgung zu ermöglichen, wurden vom Gesetzgeber daher Vorgaben für die zukünftige Realisierung eines intelligenten Stromnetzes getroffen. Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit variablen Stromtarifen, durch die private Stromkunden über den Preis an den schwankenden Angebots- und Nachfragemengen des Stromnetzes beteiligt werden sollen. Auf Basis der rechtlichen, technischen und ökonomischen Rahmenbedingungen, der vorhandenen Erfahrungen, einer Marktanalyse und einer Kundenbefragung werden zwei Tarife näher vorgestellt und für eine mögliche Markteinführung weiterentwickelt. Ein an den Strommarkt gekoppelter, dynamischer Tarif scheint aufgrund derzeitiger Bedingungen erst zukünftig umsetzbar. Für die Einführung eines Tarifs im aktuellen Umfeld wird ein dreistufiger zeitvariabler Tarif - als Erweiterung des etablierten zweistufigen HT/NT-Tarifs - vorgeschlagen.
Strategisches Verhalten der Stromanbieter auf dem elektrischen Energiemarkt. - 140 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die nach dem Beginn der Liberalisierung erwartete Senkung der Strompreise kann nach einer anfänglich hoffnungsvollen Entwicklung nicht mehr beobachtet werden. Seit 2001 sind die Preise sowohl für Industriekunden als auch für private Endkunden am steigen. Eine ähnliche Entwicklung ist auch am Großhandelsmarkt für Strom feststellbar. Der Anstieg des Spotmarktpreises in den letzten Jahren wird mit Besorgnis verfolgt. Begründungen für eine solche Entwicklung sind zahlreich. Von steigenden Brennstoffkosten über den geplanten Atomausstieg werden viele Argumente bemüht. Auch die Ausnutzung der Marktmacht von Konzernen mit weitreichendem Einfluss steht unter dem Verdacht Preissteigerungen zu verursachen. In vorliegender Arbeit wird dieser Argumentationslinie folgend eine Analyse der Marktmacht der auf dem Strommarkt in Deutschland vorkommenden größten Erzeuger vorgenommen. Dabei wird sich auf den Großhandelsmarkt i.w.S. und dem Spotmarkt der European Energy Exchange i.e.S. konzentriert. Im ersten Teil der Arbeit werden die Grundlagen für die Betrachtung gelegt. Neben der Darstellung der Unterschiede verschiedener Marktformen, des Monopols, des Polypols und des Oligoplos, und deren Anwendbarkeit auf den Markt für elektrische Energie wird auch die Marktmacht theoretisch betrachtet. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich dem Strommarkt Deutschlands in seinem logischen Aufbau. Neben den Besonderheiten des Gutes Stroms, wird auch auf die Rahmenbedingungen einer Elektrizitätswirtschaft nach Abschaffung monopolartiger Strukturen eingegangen. Die Ausführungen über die Struktur des Strommarktes konzentrieren sich insbesondere auf die Wertschöpfungsstufe der Erzeugung. Es werden die verschiedenen Akteure dieser Ebene dargestellt und näher erläutert. Dabei wird sich auf die für die Arbeit entscheidenden Erzeuger/Anbieter der Verbundunternehmen E.ON Energie AG, RWE Energy AG, Vattenfall Europe AG und EnBW AG konzentriert. Es kann festgestellt werden, dass auf dem Erzeugermarkt in Deutschland sowohl ein Duopol mit mehr als 50%, als auch ein Oligopol mit mehr als 80% der Erzeugungskapazitäten vorliegt. Vorliegendes Ergebnis stellt die Grundlage für die im dritten Teil erfolgende Untersuchung der Marktmacht der Großanbieter auf dem Spotmarkt der European Energy Exchange. Neben der theoretischen Betrachtung der Möglichkeiten einer solchen Marktmachtausübung wird anhand von bereits vorliegenden Studien und durch Auswertung interner Daten der European Energy Exchange die vorliegende Marktmacht quantifiziert. Aus diesen Betrachtungen resultiert die Feststellung einer ausgeübten Marktmacht durch die Betreiber E.ON Energie AG, RWE Energy AG, EnBW AG und Vattenfall Europe AG. Im Anschluss daran werden die Bedingungen geprüft, die eine solche Ausübung ermöglichen. Besonderer Aufmerksamkeit kommt hierbei der Frage bei, in wie weit die Anbieter eigenständig solche Rahmenbedingungen schaffen können und diese auch schaffen. Abschließend daran werden Möglichkeiten diskutiert wie die Marktmacht der Großanbieter gedämmt, oder auch beseitigt werden kann. Die Arbeit schließt mit einer Ausführung und der Feststellung, dass der Atomausstieg und der Ausbau erneuerbarer Energien das Potential haben, die Marktmacht erfolgreich dämmen zu können.
Lastmanagement zur Integration von Elektroautos in Verteilungsnetze. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die Einführung von massentauglichen Elektrofahrzeugen stellt für die elektrische Energieversorgung eine neue Herausforderung dar. Die damit zusätzliche Auftretende Last muss durch das Energiesystem generiert und verteilt werden. Die vorliegende Arbeit entwickelt zum einen eine Untersuchungsmethode zur Prognose der zusätzlich auftretenden Netzlast und zum zweiten eine Lastmanagementstrategie zur Vermeidung von Lastspitzen. Untersuchungsgegenstand bildet hierfür ein städtisches Verteilnetz aus dem die Betriebsmittel von der Übertragungsnetz- bis zur Niederspannungsebene nachgebildet werden. Die Analyse der prognostizierten Ladelast berücksichtigt dabei auch Unsicherheiten, welche sich aus Eigenschaften der Elektrofahrzeugtechnologie als auch Nutzung ergeben.
Kosten-Nutzen-Analyse des Einsatzes von IuK-Technologien für Demand Side Management. - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Mit zunehmender Markdurchdringung von batterieelektrischen Fahrzeugen müssen, so belegen aktuelle Lastflusssimulationen, Konzepte gefunden werden, dem steigenden Bedarf elektrischer Energie gerecht zu werden. Die vorliegende Arbeit entwickelt drei solcher Konzepte, welche Demand Side Management-Technologien nutzen, um in Verteilnetzen auftretende Lastspitzen zu senken und vergleicht diese mit der Option des konventionellen Netzausbaus sowohl unter monetären als auch nicht monetären Gesichtspunkten. Weiterhin werden derzeitige Entwicklungen im Bereich intelligente Netze sowie die Marktumgebung analysiert, in welcher Unternehmen in der Energiebranche ihre Investitionsentscheidungen treffen.
Konzeptionierung, Aufbau und Erprobung einer sekundär getakteten 110V-Stromversorgungseinrichtung. - 106 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Auf dem Gebiet der Elektrischen Energieversorgung, das die Energieerzeugung, den Energietransport (-verteilung) und in einem gewissen Rahmen den Energieverbrauch umfasst, hat die Modellierung von stationären und dynamischen Netzvorgängen sowohl hinsichtlich der Synthese als auch hinsichtlich der Analyse von elektrischen Netzen eine entscheidende Bedeutung. Neben der Möglichkeit, Vorgänge in elektrischen Netzen mit verfügbaren leistungsfähigen Softwareanwendungen zu untersuchen, wird aus hinsichtlich Lehre und Forschung auch auf die Verwendung von Hardware- bzw. physikalischen Netzmodellen zurück gegriffen. - Um physikalische Netzmodelle entsprechend den aktuellen Anforderungen (Untersuchung von Vorgängen z. B. auf den Gebieten HGÜ, Regenerative Energien und FACTS) betreiben zu können, erweist es sich als notwendig, diese Modelle grundsätzlich soweit als nötig mit neuen Hardwarekomponenten zu erweitern und vor allem auch bestehende Komponenten durch dem Stand der Technik entsprechenden Baugruppen zu ersetzen. Dies betrifft insbesondere die vorhandene Primärtechnik einschließlich deren Steuerungstechnik. Durch die Implementierung leistungselektronischer Funktionseinheiten ist es möglich, den Funktionsumfang der Primärtechnik - insbesondere den elektrischer Antriebe - deutlich zu erweitern. - Das Dreipolige Netzmodell des Fachgebietes Elektrische Energieversorgung der TU Ilmenau beinhaltet acht Industrieverbrauchernachbildungen, die die entscheidende Voraussetzung dafür darstellen, dass im jeweiligen Modellsystem verschiedene Last- bzw. Betriebspunkte eingestellt werden können. Der Betrieb der entsprechenden elektrischen Maschinen setzt voraus, dass die erforderliche Erregerspannung mit einer hinreichenden Leistung bereitgestellt wird. - Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine geeignete DC-Stromversorgung auf der Basis eines IGBT-Tiefsetzstellers mit einer Ausgangsleistung von 5kW/110V konzipiert, als Labormuster aufgebaut, erfolgreich erprobt und dokumentiert. Nach der hardwaremäßigen Integration der Stromversorgung können die Industrieverbrauchernachbildungen des Dreipoligen Netzmodelles, wie beabsichtigt, betrieben werden. - Die Arbeit bietet zudem eine Grundlage für weitere Modernisierungsmaßnahmen hinsichtlich der Industrieverbrauchernachbildungen.
Visualisierungsoptionen auf mobilen Endgeräten für den Energieverbrauch privater Endabnehmer im Kontext von Smart-Customer-Technologien. - 87 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung von Visualisierungen für den Stromverbrauch privater Endabnehmer auf mobilen Endgeräten. Als Grundlage der Entwicklung galt es zunächst gesetzliche und technische Rahmenbedingungen abzustecken, aus denen ein Überblick verfügbarer Verbrauchskennzahlen für private Endabnehmer abgeleitet wurde. Im Anschluss erfolgte eine Analyse der Kennzahlen im Hinblick auf die Notwendigkeit für eine mobile Verfügbarkeit. Parallel dazu wurden bereits im Alltag etablierte Verbrauchsanzeigen und Gestaltungselemente für verschiedene Energieintensitäten zusammengetragen, die später in die Visualisierungskonzepte einfließen sollten. Auf der Basis wissenschaftlicher Arbeiten zu den Themen Stromverbrauchs-Feedback, Stromeinsparpotentialen in Privathaushalten und Demand Side Management wurden Anforderungen an mobile Feedbacksysteme extrahiert und durch recherchierte Richtlinien für die Gestaltung von graphischen Oberflächen auf mobilen Endgeräten erweitert. Die Resultate der Recherchen und Analysen mündeten in vier kontextbezogenen Prototypen, die mittels eines Usability-Tests und einer Onlinebefragung im Mai bzw. Juni 2009 evaluiert wurden. Durch die aus der Evaluation gewonnenen Kenntnisse konnten die Prototypen anschließend im Detail verbessert werden. Insgesamt zeigte sich, dass die Haltung gegenüber der Energieverbrauchsdarstellung auf mobilen Endgeräten prinzipiell positiv, andererseits auch stark abhängig von persönlichen Interessen der Nutzer ist, wobei einfache Darstellungsformen gegenüber metaphorischen bevorzugt wurden. Die Ausprägung einer mobilen Schnittstelle ist jedoch nicht nur von deren Programmoberfläche abhängig. Zukünftige Tarifmodelle, die Integration der Schnittstelle in eine bis dato nicht standardisierte Infrastruktur des Mess- und Abrechnungswesens sowie die daraus für den Kunden resultierenden Kosten werden wichtige Faktoren bei der Schnittstellenrealisierung sein.