Betriebsführungskonzept umrichterdominierter Verteilernetze unter Anwendung der adaptiven Regelung. - Ilmenau. - 113 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Durch die zunehmende Einspeisung und Verteilung an erneuerbaren Energien im Stromnetz erhöht sich die Anzahl an Umrichtern. Das kann zur Destabilisierung des Systems führen aufgrund unterschiedlicher Faktoren, von denen einer auf die Regelungsstruktur des Umrichters und seine Regelungsparameter zurückzuführen ist. Dafür sind Parametrierung und Opti-mierung der Regler im Umrichter erforderlich. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Fragestellung, wie die Stabilität eines umrichterdominierten Verteilernetzes für verschiedene Netz-zustände durch die dynamische Parametrierungsmethode verbessert wird. Zur Durchführung der Parametrierung der Regler soll zunächst die angepasste Regelungsstruktur gemäß des Netzzustandes festgestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Regelungsstrukturen eingesetzt, eine für den Normalzustand und die andere für den Inselzustand. Zur Gewährleistung des Netzbetriebs soll die Regelungsstruktur beim Zustandswechsel korrekt umgeschaltet werden. Daher wird die Schätzung des Netzzustandes benötigt. In dieser Arbeit wird der Zustand durch das künstliche neuronale Netz (KNN) geschätzt. Zusätzlich wird ein digitaler Zwilling (DZ) des Stromnetzes zur Erzeugung der Trainingsdaten für das KNN erstellt. Mit den Assistenten des DZs und KNNs in umrichterdominierten Verteilernetzen wird die Parametrierung der Regler in Umrichter untersucht und durchgeführt. Als Ergebnisse kann die Netzstabilität durch die vorgeschlagene Parametrierungsmethode verbessert werden.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In modernen Energiesystemen gewinnt der Einsatz der PMU-Technologie neben SCADA-Systemen aufgrund ihres verbesserter Beobachtungsfähigkeit zunehmend an Bedeutung. Daher ist es unerlässlich, ein neuartiges und effizientes Modell für die Fusion von PMU- und SCADA-Daten zu entwickeln. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue Methodik für die Fusion von PMU- und SCADA-Daten für neue Leitstellenanwendungen entwickelt. Es besteht aus einem Klassifikator auf von Entscheidungsbäumen zur Identifizierung und Lokalisierung von Generator- und Leitungsausfällen unter Verwendung von SCADA-Daten und einem zusätzlichen Fusionsalgorithmus unter Verwendung logistischer Regression, um diese Ergebnisse mit einem PMU-Klassifikator für eine erhöhte Robustheit und Zuverlässigkeit zu kombinieren. Dieser Ansatz wird auf simulierte SCADA- und PMU-Daten trainiert und in verschiedenen Testszenarien bewertet, u.a. hinsichtlich Veränderungen in der Spärlichkeit der SCADA-Daten sowie der Verfügbarkeit von PMU-Messungen im Stromnetz.
Entwicklung eines Betriebsführungskonzepts für DC-Kopplungen von Verteilnetzen. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die fortschreitende Energiewende stellt die elektrische Energieversorgung kontinuierlich vor neue Herausforderungen. Insbesondere Verteilernetze (VN), in die ein Großteil der erneuerbaren Energie Anlagen (EE-Anlagen) integriert ist, kommen an ihrer Belastungsgrenzen. So führt bereits heutzutage der hohe Anteil an erneurbarer Energieerzeugung in einigen Regionen zu einem zunehmenden Leistungsüberschuss, dem aufgrund mangelndem Netzausbaus mit einer Abriegelung von EE-Anlagen begegnet werden muss. Um den Leistungsaustausch zwischen VN steigern zu können, erscheint eine direkte Kopplung auf der 110 kV-Ebene attraktiv. Aus mangelnder Regelbarkeit und einem gegenseitigem Einfluss auf die Schutzkonzepte ist dieser Schritt mit konventioneller Drehstromtechnologie kaum umsetzbar. Der Einsatz der Gleichstromübertragung (GÜ) könnte eine Lösung dieses Problems darstellen, da dadurch die VN nicht galvanisch miteinander verbunden werden. Durch die schnelle, flexible Modulationscharakteristik von Wirk- und Blindleistung der Umrichter ergibt sich zudem eine Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten, um den Netzbetrieb zu unterstützen. Um das volle Potenzial einer VN-GÜ-Kopplung nutzen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Betriebsführungskonzept entwickelt, das sich der Freiheitsgrade der Umrichter bedient und die Interaktion der gekoppelten Netze berücksichtigen kann. Dabei wird auf die Fähigkeit der Umrichter zurückgegriffen, im Fehlerfall eine schnelle Korrekturmaßnahme durchführen zu können, die einen sicheren Netzbetrieb wiederherstellt. Der Mehrwert des Betriebsführungskonzepts wird anschließend über eine statische Analyse der möglichen einstellbaren Arbeitspunkte aufgezeigt. Anschließend wird mittels einer Betrachtung der Auswirkungen der Korrekturmaßnahmen auf die Systemdynamik aufgezeigt, dass die schnellen Korrekturmaßnahmen ausgeführt werden können, ohne Stabilitätskriterien zu verletzen.
Untersuchung neuer betrieblicher Freiheitsgrade durch GÜ-Kupplungen zwischen 110-kV-Netzgruppen. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die Energiewende als Reaktion auf den globalen Klimawandel erfordert einen stetigen Ausbau der erneuerbaren Energieanlagen. Dieser findet aufgrund der zur Verfügung stehenden lokalen Gegebenheiten uneinheitlich in der Verteilnetzebene und somit im Verantwortungsbereich der Verteilnetzbetreiber statt. Daraus resultiert ein zunehmendes Ungleichgewicht zwischen Energieerzeugung und -verbrauch. Da der zeitlich verzögerte Netzausbau den Übertragungskapazitätsbedürfnissen der sich ergebenden Leistungsflüsse nicht gerecht wird, bedingt die Energiewende neben dem Netzausbau auch die Anpassung der Systemführung und der Netzstruktur. Derzeit werden 110-kV-Netzgruppen in der Verteilnetzebene aufgrund mangelnder Regelfähigkeit und inkompatiblen Schutzkonzepten entkoppelt als zentrale Verteilernetzstruktur geführt. Um einen effizienten Energietransport zum regionalen Verbrauchsort ohne den derzeit notwendigen Umweg über die Übertragungsnetzebene zu erreichen, wird in dieser Arbeit ein Konzept für eine dezentrale Verteilernetzstruktur vorgestellt. Die DC-Technologie wurde als potenzielle Lösung für eine Vielzahl von Herausforderungen bei der Integration erneuerbarer Energien identifiziert. Daher basiert die vorgestellte dezentrale Verteilernetzstruktur auf dem Ansatz einer Kopplung über Gleichstrompfade. Es wird eine koordinierende Betriebsart mit mehreren Punkt-zu-Punkt-Verbindungen angestrebt. Das Ziel ist, diese so in den bestehenden Netzbetrieb zu integrieren, dass ein Leistungsaustauch zwischen einspeisestarken und laststarken Regionen innerhalb der Verteilernetze bzw. zwischen den Verteilernetzgruppen direkt auf der Hochspannungsebene erfolgen kann. In dieser Arbeit wird die Auswirkung von Gleichstromkopplungen zwischen 110-kV-Netzgruppen auf unterschiedliche Betriebsgrößen eines Versorgungsnetzes analysiert. Davon ausgehend werden sich ergebende Vorteile bei der Erbringung der systemdienlichen Leistungen der Frequenzhaltung und des Netzwiederaufbaus evaluiert. Insbesondere werden eine mögliche Entlastung des Übertragungsnetzes bei der Frequenzhaltung und eine Einsparung der Reservekraftwerksleistung beim Netzwiederaufbau untersucht. Für die Analyse wird ein dynamisches Modell zur Abbildung der Mittelzeitdynamik entwickelt und mit dem Simulationstool Matlab/Simulink erstellt. Die Auswertung des Systemkonzepts erfolgt anhand einer erstellten Testumgebung durch ein Testsystem unter Erarbeitung verschiedener Szenarien.
Realisierung von Umrichtermodellen und deren Validierung auf dynamisches Verhalten im Verteilernetz. - Ilmenau. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Aufgrund der steigenden Energienachfrage und immer knapper werdender fossiler Ressourcen gewinnt der Ausbau an Erneuerbaren Energie (EE) zur Gewährleistung einer sicheren und nachhaltigen Energieversorgung zunehmend an Bedeutung [1],[4]. Dabei wird in der Mittel- und Niederspannungsebene besonders durch Windkraftanlagen und Photovoltaik EE eingespeist (siehe Abb.1.2) [8]. Infolgedessen wird das Energiesystem in Deutschland signifikant umgewandelt und gleichermaßen bringt dieser Wandel eine große Herausforderung mit sich [9]. Der wachsende Anteil des durch Leistungsschalter ans Netz angeschlossenen dezentralen, volatilen elektrischen Energieerzeuger und deren zunehmende Bedeutung an das zukünftige Energiesystem erfordern einen sich anpassenden Lösungsansatz zum richtigen Einsatz von EE. Zur Untersuchung der durch die dezentral angeschlossenen EE-Anlagen verursachten Auswirkung soll vor dem Einsatz durch eine Simulationsmaßnahme herausgefunden werden, was einzig mittels eines präzisen Netzmodells ausgeführt werden kann. Bezüglich dessen wird im Rahmen dieser Arbeit zuerst ein durch stromrichterbasierte Erzeugung eingespeistes Verteilnetz modelliert. Zur Präzisionssteigerung und konkreteren Annäherung an ein Referenzmodell, wird das aufgebaute Modell parametriert. Die Bearbeitung dieser Themenstellung erfolgt in zwei Forschungsfragen F1 und F2, die nachfolgend zusammenfassend beantwortet werden. - F1 Wie kann das Modell für die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem Stromrichter und dem Verteilnetz und zwischen dem Stromrichter und dem Inselnetz aufgebaut werden? Zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem Stromrichter und dem sowie dem entsprechenden Parallelbetrieb wird sich vor allem mit der Modellierung und der Simulation des Stromrichters basierend auf einem CIGRE Standard Mittelspannungsnetz in der vorliegende Masterarbeit befasst. Dafür werden im ersten Schritt die bestehenden Konzepte zur Modellierung des Stromrichters und des Aufbaus des Mittelspannungsnetzes inklusive der Einrichtung des äquivalenten Freileitungsmodells und Transformatormodells erläutert. Der Fokus liegt dabei auf der Arbeitsweise, der mathematischen Beschreibung und dem Regelungskonzept des Stromrichters sowie dem Ersatzbild des Mittelspannungsnetzes. Basierend auf den Recherchekenntnissen wird im Rahmen dieser Arbeit die Modellierung des Stromrichters durch das Mittelwertmodell auf funktionaler Ebene ausgewählt. Bezüglich dessen wird hier der Schaltvorgang der Transistoren im Stromrichter nicht berücksichtigt, so dass sich sinusförmige Größen der Grundschwingung ergeben. Deren mathematische Bedeutung beschreibt, dass die Momentwerte in Form von den durch das detaillierte Modell umgeformten gepulsten Größen durch Mittelwerte ersetzt werden. Für den Entwurf des Regelungsverfahrens ist es notwendig die einhaltende Regelungsstruktur des Stromrichters zu definieren. Dazu wird die kaskadenförmige Regelungsstruktur zur Ausführung sowie Begrenzung der Überlastung des Stromrichters eingesetzt. Die Nutzbarmachung dessen erfordert eine Umwandlung von dreiphasig, sinusförmigen Zustandsgrößen in dq Koordinaten. Die Regelung des Stromrichters besteht aus drei Bestandteilen. Im ersten Teil werden die Zwischenkreisspannung, die Netzspannung und der Netzstrom erfasst. Währenddessen wird der Netzwinkel mithilfe der PLL in Bezug auf der dreiphasigen Netzspannung ermittelt, damit der Netzstrom in dq Größen zum weiteren Einsatz bei der Stromregelung transformiert werden kann. Im nachfolgenden Bestandteil wird eine übergelagerte Regelungsschleife inklusive einer äußeren Spannungsregelung und einer inneren Stromregelung entworfen. Der letzte Bestandteil besteht aus einer PLL Regelung und die Rücktransformation von dieser durch die im Regelungsverfahren ermittelten dq Größen in dreiphasigen Größen. Des Weiteren wird der Inselbetriebsmodus zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem Stromrichter und dem Inselnetz entwickelt. Im Vergleich zum Normalbetrieb (PQ Regelung) wird im Inselbetrieb „Droop Control“ (Pf und QU Regelung) zum Regeln der Netzfrequenz und der Zwischenkreisspannung verwendet. Ist kein Verbundnetzanschluss vorhanden, werden die Spannung und die Frequenz des Inselnetzes durch den im Inselbetriebsmodus laufenden Stromrichter bestimmt (siehe Abschnitt 3.3 und Abschnitt 3.4). Die Untersuchung der Wechselwirkung durch das aufgebaute Modell geschieht anhand der entworfene Szenarien a) -e). Aus den Simulationsergebnissen ist in dieser Arbeit zu erkennen, dass unter der Bedingung der Vernachlässigung der Oberschwingungen der Stromrichter durch einkleines Signal wie der AP-Änderung das Netz nicht stark beeinflussen kann, während die Spannungsänderung des Netzes eine stake Schwingung im Ausgleichvorgang des Stromrichters verursacht. Des Weiteren kann eine große Änderung des Netzes wie ein Kurzschluss (KS) eine schwere Beschädigung des Stromrichters verursachen. Am KS-Ort kann der Strom zum Zeitpunkt auf über 1000A steigen, wodurch der Transistor zerstört werden kann. Aufgrund dessen soll der Stromrichter vor dem KS geschützt werden (siehe Abschnitt 4.1 und Abschnitt 4.2). Tritt der Inselbetrieb auf, wird das Mikronetz mit circa. 49,95Hz anstatt 50Hz betrieben. Außerdem wird das Netz leichter durch den Stromrichter beeinflusst. Die AP-Änderung und die Belastungsänderung können die Frequenz und die Netzspannung beeinflussen (siehe Abschnitt 4.3.2).- F2 Wie kann das Modell durch die gemessene Werte parametriert werden, um ein an das Referenzmodell angenähertes Modell aufzubauen? Die in Kapitel 4 ausgeführten Simulationen basieren auf einem durch das betragsoptimale Verfahren parametrierten Modell. Bezüglich dessen könnten sich die Simulationsergebnisse von der Referenz unterscheiden. Zur Validierung des Modells wird ein Referenzmodell, das besser an die Realität angenähert ist, mit dem Simulationsmodell verglichen (siehe Abschnitt 5.1). Aufgrund der Differenz bedarf das Modell einem Verfahren, damit die Parameter reguliert werden können, um das Modell besser an das Referenzmodell anzunähern. Die im Rahmen dieser Arbeit ausgeführten Verfahren bestehen aus vier Maßnahmen. Bei der ersten Maßnahme wird ein auf einem BP Algorithmus basierender PI Tuner mittels eines neuronalen Netzes aufgebaut. Das Vorgehen besteht aus der Ermittlung der Differenz zwischen der Referenzzustandsgröße und der Modellzustandsgröße in der Regelungsschleife zur Berechnung der entsprechenden Regelungsparameter K_p und K_i, indem das dynamische Verhalten des Modells an das Referenzmodell angenähert werden kann. Mithilfe des PI Tuners kann das Modell durch die variierten PI Parameter jederzeit das Referenzmodell verfolgen. Wenngleich das Verfahren in gewissem Maße die Präzision des Modells verbessert und das parametrierte Modell im Ausgleichvorgang circa.80% dem Referenzmodell ähnelt, sind RMSE von allen Zustandsgrößen im Vergleich zu den anderen Verfahren allerdings geringer (siehe Abschnitt 5.2.1). Allerdings ist die Anwendung für die Parametrierung beim PI Tuner nicht geeignet, weil die Präzision geringer als beim neuronalen Netz ist. Die Nutzbarmachung dieses Verfahrens ist durch ein in der verborgenen Schicht mit 15 Neuronen strukturiertes neuronales Netz zur Nachbildung des Verhältnisses von Spannungs- und Stromschleife im Referenzmodell (siehe Abschnitt 5.2.2) realisiert. Die Modellierung des neuronalen Netzes bedarf einer großen Datenmenge für den Trainingsprozess. Je mehr die Daten für das Training verwendet werden, desto genauer kann das neuronale Netz das Referenzmodell imitieren. Durch die Nutzbarmachung dessen können die durch das neuronale Netz nachgebildeten Spannungs- und Stromschleife mit über 95% an das Referenzmodell angenähert werden. Die andere Parametrierungsmaßnahme mit hoher Präzision ist die Parameterschätzung. RMSE ist dabei um circa. 5% geringer als beim neuronalen Netz (siehe Abschnitt 5.3). Dieses Verfahren kann jedoch im Vergleich zum PI Tuner und der Systemidentifikation als ein zuverlässiger Parametertuner in der Schätzung des Grey-Box Modells verwendet werden. Dies erfolgt durch die vorgegebenen Daten des Referenzmodells und die Differenz zwischen dem Referenz- und Modellzustand mittels LSQ, WLS und ML, um die Parameter zu berechnen. Im Vergleich dazu kann die Systemidentifikation für die Identifizierung der Übertragungsfunktion des Black-Box Modells eingesetzt. Mithilfe deren können alle Schleife des Referenzmodells in Bezug auf die Ein- und Ausgangsdaten durch die Charakterfunktion nachgebildet werden (siehe Abschnitt 5.4). Ein weiteres potenzielles Forschungsfeld liegt in dem Entwurf und der Implementierung eines intelligenten Tuners für die Onlineparametrierung. Der in dieser Arbeit modellierte PI Tuner kann jedoch die Onlineparametrierung ausführen, jedoch ist die Präzision nicht so genau wie bei der Parameterschätzung. Allerdings lässt sich die Parameterschätzung nicht für die Onlineparametrierung einsetzen. Damit das Simulationsmodell besser die Anforderungen der extremen Untersuchungsbedingungen erfüllen kann, soll die Umsetzung des onlineparametrierten Digital Tuners zur Modellierung des an die Realität angenäherten Modells weiterentwickelt werden.
Betriebsführung von Verteilernetzen mit Gleichstromübertragung in der Hochspannungsebene. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Energiewende erfordert den Ausbau von erneuerbaren Energien. Dafür muss das Stromnetz ausgebaut bzw. umstrukturiert werden, damit der erzeugte Strom für die Bevölkerung nutzbar ist. Das Koppeln von Verteilnetzen mit Hilfe von Gleichstromübertragung kann dazu beitragen, die entstehenden Netzengpässe im Stromnetz zu verhindern. Dadurch kann Strom aus erneuerbaren Energien von einspeisestarken Regionen in lastdominierende Regionen über das Verteilnetz transportiert werden und muss nicht über das Übertragungsnetz übertragen werden. Der Umbau bzw. Ausbau konzentriert sich auf das Verteilnetz und führt zu einem direkten Transport in die benötigten Regionen. Ein wichtiges Kriterium hierbei ist die Untersuchung von Betriebsführungsmethoden, um eine geeignete Variante für die Leistungsübertragung zu identifizieren. Es werden dafür drei Verteilnetze, mit jeweils zwei Gleichstromverbindungen, miteinander verbunden. Zusätzlich wird untersucht, ob jeweils eine Gleichstromverbindung zu einem ähnlichen Ergebnis führt. Die Untersuchungskriterien sind die Verbesserung der Netzsicherheit, die Reduzierung der Engpassleistung und die Übergabeleistung zwischen den Übertragungs- und Verteilnetzen bzw. die Transitleistung zwischen den Verteilnetzen.
Untersuchungen zur Wahl der Schutzmaßnahmen für die Arbeiten an den Stromkreisen von mehrfachen AC/DC-Höchstspannungsfreileitungen. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die hybridische AC/DC Freileitung ist ein innovatives Projekt, das die Übertragungsleistung der mehrfachen Höchstspannungsfreileitungen zunehmen helfen kann. Doch gibt es verschiedene Probleme während des Betriebs der mehrfachen Höchstspannungsfreileitungen. Ein der Probleme ist sogenannte Induktionsspannung, die in dem ausgeschalteten und geerdeten Stromkreis entsteht. wenn es der andere Stromkreis in der Nähe im Betrieb gibt. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden die Werte der Induktionsspannung in dem Matlab Simulink Modell der 380 kV AC und AC/DC Höchstspannungsdoppelfreileitung analysiert und wird der Einfluss der verschiedenen Typen der Freileitungskonfiguration auf die Werte dieser Induktionsspannung betrachtet. Des Weiteren wird einen Einfluss der Verwendung der zusätzlichen Schutzerdung auf die Werte der Induktionsspannung entlang der Freileitung analysiert.
PQ-Kapabilität als Betriebsführungsmethode für den zukünftigen vertikalen Netzbetrieb unter Beachtung von Unsicherheiten. - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Im Zuge der Energiewende wurde die Abschaltung aller Atomkraftwerke festgelegt. Um die Energie zu erzeugen, die zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen und sicheren Energieversorgung notwendig ist, wird zunehmend auf regenerative Energien wie Wind und Photovoltaik zurückgegriffen. Diese Veränderung im Energiemix wirkt sich maßgeblich auf die Energienetze aus. Neben einer Einspeiseverlagerung vom Übertragungsnetz in die Verteilnetze sinkt die Zuverlässigkeit der Prognose der Einspeiseleistung aufgrund des volatilen Einspeisecharakters von Windkraft- und Photovoltaikanlagen. Im Zuge dessen stellt sich die Frage, in welchem Maße sich diese Veränderungen auf die Betriebsführungsmethoden auswirken und wie zuverlässig ein gewünschter Sollwert unter ex ante definierten Bedingungen angefahren werden kann. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine Methodik entwickelt, welche die Auswirkungen der Unsicherheiten wie beispielsweise Kraftwerksausfälle und Einspeiseprognosefehler auf die Wirk- und Blindleistung identifiziert, um so zuverlässige Aussagen darüber treffen zu können, wie wahrscheinlich der gewünschte Sollwert tatsächlich angefahren werden kann. Dafür wird unter Berücksichtigung des Erwartungswertes und der Standardabweichung für jede Anlage ein Zufallsvektor für die Einspeiseleistung generiert, wobei bei Windkraftanlagen zusätzlich die Korrelation der Anlagen untereinander berücksichtigt wird. Anschließend wird mit den so erzeugten Werten eine Netzberechnung durchgeführt. Nach Abschluss der Monte-Carlo-Simulationen werden die Werte am Netzverknüpfungspunkt mittels Konfidenzintervall ausgewertet. Die Ergebnisse der numerischen Fallstudie zur Verifikation der Methode zeigen, das sich eine Kombination aus Schwacheinspeisung und Starklast mit niedrigem Prognosefehler am stabilsten und ein Schwachlast bei gleichzeitiger Starkeinspeisung und hohem Prognosefehler am sensibelsten gegenüber Unsicherheiten verhält.
Ermittlung und Evaluierung der Anforderungen an ein KMU zur Berücksichtigung der Flexibilitätsgestehungskosten bei Produktionsplanungssystemen. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Unternehmen in Deutschland werden durch die Energiewende vor neue Herausforderungen gestellt. Grund dafür ist das gegenwärtige Stromversorgungssystem, welches darauf ausgelegt ist, dass die Stromerzeugung dem Verbrauch folgt. Durch die Einspeisung von Strom aus regenerative Energiequellen, wie Windkraft und Photovoltaik wird das Stromnetz einer starken Volatilität ausgesetzt. Die Stabilisierung des Netzes treibt die Stromkosten in die Höhe. Eine Möglichkeit diesem Trend entgegenzuwirken besteht darin, die Nachfrage mit dem fluktuierenden Angebot zu synchronisieren. Die Industrie kann dafür einen wichtigen Beitrag leisten. Durch die energetische Flexibilisierung ihrer Produktionsplanung und -steuerung (PPS) sowie ihrer Produktion kann der Verbrauch an die Erzeugung angeglichen werden. Daher beschäftigte sich diese Arbeit mit den Möglichkeiten zur Berücksichtigung von Energieaspekten in kleinen und mittleren Unternehmen. Drüber hinaus wurden die Kosten für die Umsetzung von Energieflexibilität ausgearbeitet und konkretisiert. Aufbauend auf diese Kosten wurde eine Definition des Begriffs Energieflexibilitätsgestehungskosten (EFG) vorgenommen. EFG beschreiben die Kosten für eine innerbetriebliche Lastverschiebung, um deren wirtschaftliche Sinnhaftigkeit im Voraus bestimmen zu können. Für die Umsetzung von Energieaspekten müssen Firmen zahlreiche Anforderungen in ihrem PPS-System als auch in ihrer Produktion erfüllen. Eine Ausarbeitung jener Anforderungen ist Teil dieser Arbeit.
Entwurf eines Konzepts zur CO2-freien Erbringung von Systemdienstleistungen unter Ausnutzung der Sektorkopplung von Strom und Gas im Kontext industrieller Verbraucher. - Ilmenau. - 164 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die CO2-freie Bereitstellung von Systemdienstleistungen ist nicht nur aus klimapolitischen Zielen (z. B. Pariser Klimaschutzabkommen) von hohem Interesse, sondern könnte auch im Zuge von perspektivisch steigenden CO2-Zertifikatspreisen bzw. zusätzlichen nationalen CO2-Abgaben an wirtschaftlicher Bedeutung für die Netzbetreiber gewinnen. Eine Option der Verringerung dieser Emission stellt die Sektorkopplung dar. Ziel der Arbeit ist es, die Möglichkeiten der Emissionsreduktion durch die Kopplung von Strom und Gas, auch als Power-to-Gas (PtG) bezeichnet, im Kontext der Industrie zu identifizieren und zu evaluieren. Hierzu wird zunächst sowohl der aktuelle als auch der zukünftige allgemeine Energiebedarf der Industrie aufgezeigt sowie die Anforderungen der Industrie an die elektrische Energieversorgung dargestellt. Es werden die zur Erreichung der grundlegend notwendigen Versorgungsqualität erforderlichen Systemdienstleistungen theoretisch eingeführt, die damit einhergehenden CO2-Emissionen analysiert und eine Berechnungsformel entwickelt. Darauf aufbauend wird der State-of-the-Art von PtG erhoben und Interaktionsmöglichkeiten dieser Sektorkopplungstechnologie zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen aufgeführt. Mit dem Fokus auf die innerhalb der Systemdienstleistung höchste CO2-Emissionsquelle wird die Regelleistungsvorhaltung näher betrachtet und auf Basis dreier verschiedener Szenarien untersucht, inwiefern PtG diese reduzieren kann. Abschließend wird in der Auswertung der Ergebnisse gezeigt, dass PtG das zur Regelleistungsvorhaltung emittierte CO2 zwar senken kann, dies allein jedoch nur geringe Auswirkungen auf die Gesamtemission hat.