Systemarchitektur für automatisierten Versorgerwechsel auf Basis von Smart Metering. - 62 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die Energiewende ist in Deutschland befindet sich in der Umsetzung. Die regenerativen Energien wurden intensiv gefördert und werden immer populärer; elektrische Endverbraucher werden immer häufiger zu Erzeugern und Europaweit sollen Energiesparziele eingehalten werden. Mit den neuen Anforderungen die in diesem Zusammenhang auf den Markt und das Stromnetz zukommen, eröffnen sich auch neue Möglichkeiten einen Mehrwert zu schaffen. Vor diesem Hintergrund wurde Anfang 2012 ein Konzept erarbeitet, um Endkunden dabei zu helfen sich auf dem neuen liberalisierten Energiemarkt zu orientieren. Das Konzept basiert darauf Verbrauchsdaten in regelmäßigen Abständen automatisiert abzufragen und auf Basis der gesammelten Daten einen für den Kunden optimalen Anbieter zu finden. In dieser Arbeit wird für das Konzept eine Informationsarchitektur entwickelt, mit der ein automatisierter Wechsel durchgeführt werden kann. Hierfür werden zunächst Technologien und Standards untersucht, die im Bereich der automatisierten Verbrauchsdatenerfassung bereits existieren. Anschließend werden auf Basis der erarbeiteten Informationen Anforderungen ausgearbeitet, die an eine Informationsarchitektur gestellt werden, mit der ein automatisierter Anbieterwechsel realisiert werden soll. Im Anschluss wird die Architektur definiert und es werden Empfehlungen für die Umsetzung gegeben.
Integration der Betriebsführung eines HGÜ-Overlay-Netzes in die Leitungs-Frequenz-Regelung eines Drehstrom-Verbundnetzes. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 82 S., 4,76 MB). - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; 3) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Der Anteil Erneuerbarer Energien in Deutschland und in Europa allgemein nimmt signifikant zu, um so den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu senken. Die Errichtung eines Großteils derartiger Erzeugungsanlagen kann aufgrund von klimatischen Gegebenheiten nur an wenigen Orten erfolgen, die Lasten bleiben weiterhin dezentral verteilt und konventionelle Kraftwerke werden sukzessive abgeschaltet. Daher wird ein durchgängig automatisiertes und leistungsfähiges Elektroenergieübertragungsnetz zum Langstreckentransport großer Energiemengen unverzichtbar. Eine mögliche Lösung dieser Herausforderung ist ein europaweit vermaschtes Overlay-Netz. Dieses kann auf der HGÜ-Technologie basieren und verbindet Regionen großer Einspeisung aus regenerativen Quellen mit Lastzentren. Aufgrund seiner technologischen Eigenschaften gegenüber einem AC-Netz muss ein HGÜ-Overlay-Netz Systemdienstleistungen wie die Leistungs-Frequenz-Regelung aktiv unterstützen, damit die Systemstabilität und Versorgungssicherheit ebenso sichergestellt werden können, wie mit dem heutigen auf allen Netzebenen realisierten AC-Netz. In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verfahren für die Beteiligung eines HGÜ-Overlay-Netzes am Regelleistungstransport entwickelt. Gleichzeitig realisiert diese Betriebsführung auch die anteilige Übernahme anderweitig hervorgerufener Leistungsflüsse z.B. durch Energiehandelsgeschäfte. Numerische Fallstudien zeigen einige Vorteile dieses Verfahrens bei unterschiedlichen Störungen des AC-DC-Übertragungsnetzes auf. Es wird gezeigt, dass ein HGÜ-Overlay-Netz mit der entwickelten Betriebsführung das AC-Netz um einen einstellbaren Anteil der Leistungsflüsse entlastet und die Leitungs-Frequenz-Regelung z.B. im Hinblick auf Schnelligkeit und Frequenzabweichungen verbessert.
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Konzeptionierung, Aufbau und Erprobung eines Relaisschutzsystems für das Dreipolige Netzmodell. - 67 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In den Arbeitsablauf wurden die digitale Schutzeinrichtungen MiCOM P430 und P630c ins dreipolige Netzmodell des Fachgebietes Elektrische Energieversorgung der TU Ilmenau folgend neuer Schutzkonzept aufgebaut. Die Distanzschutzeinrichtung MiCOM P430 und die Differentialschutzeinrichtung MiCOM P630c wurden mit der Berücksichtigung aller Parameter der betreffenden Betriebsmittel ins Netzmodell eingesetzt. Die Geräte werden mit dem Software MiCOM S1 Studio parametriert. Für die Nachprüfung der Schutzgeräte werden die Versuche im Netzmodell durchgeführt.
Einbezug des Gasverbundnetzes in die Betriebsführung des elektrischen Energieversorgungssystems mit überwiegend erneuerbaren Energiequellen - eine Potentialanalyse. - 131 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Der massive Zubau der erneuerbaren Energien in Deutschland, insbesondere der Windkraft und der Photovoltaik, führt zu einem bedeutenden Anstieg der Volatilität der Elektroenergieversorgung. Infolge dieser nicht deterministischen regenerativen Energieeinspeisung und aufgrund der fehlenden Akzeptanz für einen deutlichen Stromnetzausbau - verbunden mit langen Genehmigungsverfahren - ist die Langfristspeicherung des stark fluktuierenden erneuerbaren Stroms dringend erforderlich. Aktuell eingesetzte Elektroenergiespeicher wie Pumpspeicherkraftwerke eignen sich wegen ihrer geringen Speicherkapazität nicht für den langfristigen Fluktuationsausgleich. Gas aus erneuerbaren Energien ermöglicht demgegenüber eine saisonale Energiespeicherung bis zu mehreren Monaten. Durch die Herstellung von erneuerbarem Gas aus Überschuss- und Speicherelektrizität wird die deutsche Erdgasinfrastruktur für den Betrieb eines Elektroenergiesystems mit vorwiegend regenerativen Energiequellen verwendbar. Erneuerbares Gas in Kombination mit der weit ausgedehnten Erdgasinfrastruktur bietet zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten im Strom-, Wärme- und Mobilitätsmarkt. In dieser Arbeit wird eine Potentialanalyse dieser Kopplung des Elektrizitäts- und Erdgasnetzes durchgeführt. Unter Verwendung des Power-to-Gas-Konzepts, verschiedener Entwicklungstrends der erneuerbaren Energien Windkraft und Photovoltaik, zur Verfügung stehender Erdgasspeicherkapazitäten, erreichbarer Prozesskettenwirkungsgrade und langfristiger Ziele der Energieversorgung werden zwei bundesländerbezogene Versorgungsszenarien für Deutschland sowie ein Szenario für Thüringen - untergliedert nach Landkreisen und kreisfreien Städten - erstellt.
Development and verification of doubly fed induction generator (DFIG) and full-scale converter synchronous generator (FCSG) for wind farms as in real time simulation based on RTDS. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Heutzutage gilt Windkraft als die Möglichkeit zur Erzeugung großer elektrischer Energie mittels regenerativer Quellen. Insbesondere im Norden Deutschlands ist die installierte Wind Leistung stark angestiegen, so dass die Siemens AG die erzeugte Energie an Land übertragen wird. Aus diesem Grund ist für die Hersteller eine genaue Wind-Park Modellierung in Real-Time mittels RTDS und Off-Line mittels EMTDC mit Hilfe von Simulation Werkzeugen entwickelt worden. Um den Offshore-Windpark zum Netz zu verbinden, werden zwei Spannungszwischenkreis-Umrichter mittels HVDC installiert und in Betrieb genommen. Aus diesem Grund benötigt das gesamte System Untersuchungen bei FPT/DPT in einen C&P Systeme des VSC-HVDC. Dieses Modell wurde in EMTDC geprüft. Zunächst werden Entwicklungen und Verifikation einen Offshore-Wind-Park Modells in RTDS realisiert und verglichen. Im Rahmen dieser Arbeit werden folgende Aufgaben erledigt. 1. Entwicklung eines Windpark Modells in RTDS basierend auf Skalierung des Asynchron-Generators (DFIG) und Verifikation mit EMTDC Modell. 2. Entwicklung eines Windpark Modells in RTDS basierend auf Skalierung des Synchron-Generators (FCSG) und Verifikation mit EMTDC Modell. 3. Schließlich wird das entwickelte Windpark Modell in RTDS dargestellt und auch in EMTDC verifiziert und verglichen. PS: Ein Skalierungsmodell bedeutet, dass der Benutzer selbständig eine Reihe von konzentrierten Generatoren innerhalb eines Wind Parks auswählen kann.
Geschäftsmodelle für dezentrale stationäre und mobile Energiespeicher im Bereich Endanwendungen. - 98 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Die "Energiewende" ist einer der prägenden Begriffe des Jahres 2011. Dahinter verbirgt sich die Umstellung eines Energiesystems, welches historisch gewachsen ist, hin zu einer durch Erneuerbare Energieträger geprägten Struktur. Bedingt durch die nicht-deterministische Einspeisecharakteristik der Energieträger Wind und Sonne wird es künftig schwerer, eine kontinuierliche Grundlast zu erhalten. Um dieses Problem zu lösen bieten sich verschiedene Optionen an, darunter Energiespeicher. Neben zentralen Großanlagen, wie Pumpspeichern, können künftig auch kleinere Speicher auf dezentraler Ebene eine entscheidende Rolle zur Sicherung eines zuverlässigen und wirtschaftlichen Betriebes des Gesamtsystems spielen. Im Rahmen dieser Arbeit wird aufgezeigt, was für Speicher heute verfügbar sind und welche Potentiale bezüglich der Kosten und Energiedichte bis zum Jahr 2020 gesehen werden. Anschließend werden Anwendungsmöglichkeiten dargestellt und exemplarisch zwei Geschäftsmodelle erläutert anhand deren die Wirtschaftlichkeit eines Speichereinsatzes geprüft wird.
Abschätzung des Potentials variabler Netzentgelte in Verteilungsnetzen unter Ausnutzung des Potentials gesteuerter Lasten zur Vermeidung von Netzausbaumaßnahmen. - 99 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Die Charakteristika der Versorgung aus erneuerbaren Energiequellen zusammen mit der Nutzung von Elektromobilität und den Speichermöglichkeiten elektrischer Energie führen zukünftig zu einer deutlich höheren Netzbelastung. In dieser Arbeit wird ein Szenario im Jahr 2050 angenommen, bei dem die Energieerzeugung zu 100% aus erneuerbaren Energiequellen erfolgt und sich Elektrofahrzeuge flächendeckend durchgesetzt haben. Dies führt zu einer erheblichen Mehrbelastung des Netzes, auf die zumindest das aktuelle Verteilnetz nicht ausgerichtet ist. Die logische Konsequenz wäre ein kostenintensiver Ausbau des Stromnetzes, der wiederum eine Steigerung der Netzentgelte für die Endabnehmer zur Folge hätte. Vor diesem Hintergrund ist es Gegenstand dieser Arbeit zum einen die Höhe der gesteigerten Netzentgelte anhand eines Modellnetzes für das Jahr 2050 für unterschiedliche Szenarien abzuschätzen und daraus zum anderen, die Potentiale von Demand Site Management, als eine alternative Lösung zur Vermeidung von Netzausbauinvestitionen, zu bestimmen. Zusätzlich werden weitere Veränderungen im Jahr 2050 betrachtet. Hier werden staatliche Eingriffe bei der Regulierung, veränderte Geschäftsmodelle, Einfluss auf Informations- und Kommunikationstechnik sowie Softwareagenten zur Unterstützung von Demand Side Management diskutiert.
Auswirkungen batterieelektrischer, rückspeisefähiger Fahrzeuge auf die Betriebsführung in Übertragungsnetzen. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Die Liberalisierung des Marktes für Übertragungsnetzbetreiber sowie der steigende Ausbau der dezentralen, erneuerbaren Energien stellt das derzeitige Stromnetz vor neue Herausforderungen: Regenerativ erzeugte Energien stellen Energie nur fluktuierend zur Verfügung und stellen an den konventionellen Kraftwerkspark die Anforderung einer hohen Flexibilität bezüglich der Energieerzeugung zur hinreichenden Deckung der Lasten. Diese Notwendigkeit zur Flexibilisierung überträgt sich für einen möglichst ökologischen Strommix auf die Verbraucherseite und zur Gewährleistung der Netzstabilität auf das übertragende Energiesystem. Im Zuge knapper werdender fossiler Energieträger wird als alternative Antriebstechnik in Kraftfahrzeugen Elektroenergie als Chance und Herausforderung zur klimafreundlichen Umgestaltung der Mobilität in der Bundesrepublik Deutschland begriffen. Für die Energiewirtschaft ergibt sich durch Elektrofahrzeuge und deren Energiespeicher und deren noch beeinflussbare Ausgestaltung die Möglichkeit zur Flexibilisierung des Energieverbrauchs. Die Auswirkungen der Leistungsbereitstellung und die Rückspeisung der Energie von batterieelektrischen Fahrzeugen auf die Netzbetriebsführung von Übertragungsnetzbetreibern, besonders in Hinblick auf die verschiedenen Applikationen für Systemdienstleistungen, werden in dieser Arbeit daher ergründet und quantifiziert. In Kapitel 2 werden mittels einer Systemanalyse zum aktuellen Stand der Technik die Betriebsaufgaben eines Übertragungsnetzbetreibers und dessen Netzbetriebsführung charakterisiert. Darüber hinaus werden die Anwendungsmöglichkeiten der batterieelektrischen Fahrzeuge der Netzbetriebsführung gegenübergestellt, um für den Netzbetrieb sinnvolle Anwendungen der Fahrzeuge zu ermitteln. In Kapitel 3 folgt eine separate Analyse der Anwendungspotentiale. Die Systemdienstleistungen Frequenzhaltung sowie Netzbetrieb und Engpassmanagement werden basierend auf Simulationsmodellen umgesetzt und quantifiziert. Nach einer Auswertung der Ergebnisse in Kapitel 4 befasst sich Kapitel 5 in einem Fazit zusammenfassend mit den Auswirkungen der rückspeisefähigen Elektrofahrzeuge auf die Betriebsführung von Übertragungsnetzbetreibern.
Optimal Power Flow in Niederspannungsnetzen. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Im Rahmen dieser Arbeit werden in Anlehnung an das E-Energy-Projekt eTelligence Optimal Power Flow Untersuchungen an einem Netzbereich mit hohem Anteil Erneuerbarer Energieerzeuger durchgeführt. Die Vernetzung aller Systemkomponenten mit Informations- und Kommunikationstechnologie in "intelligente Verteilnetze" (Smart Grids) bietet durch moderne Leittechnik eine bessere Erfassungs- und Eingriffsmöglichkeit in die Betriebsführung und Systemoptimierung als konventionelle Netze. Eine energiewirtschaftliche Einbindung der technischen Optimierung eines Energieversorgungssystems durch einen Optimal Power Flow bietet die Möglichkeit Freiheitsgrade an Einspeisungen und Lasten zu finden und nutzbar zu machen. Im Fokus steht dabei eine kostengünstige Alternative zu schaffen, um für eine Vielzahl kleiner und mittlerer Verteilnetzbetreiber sowie einer wachsenden Dienstleistungsbranche einen Anreiz zu schaffen Chancen für eine Netzoptimierung zu nutzen. Als Simulationsumgebung wird MATLAB MATPOWER verwendet, die aufgrund von individuellen Implementierungen ein großes Potential für eine kostengünstige Anwendung im Energiemarkt bietet. Durch Modifikationen in verschiedenen technischen Rahmenbedingungen sollen mögliche Beeinflussungen untersucht und ausgewertet werden.
Beschreibung von Steuerungsstrategien für Demand Side Management. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010
Für die Deckung des steigenden Bedarfs an elektrischer Energie wird zunehmend auf alternative Energiequellen zurückgegriffen. Aufgrund der Fluktuation der alternativen Stromerzeugung entsteht eine Notwendigkeit, die Steuerung von der Abnahme zu verwirklichen. In vorliegender Arbeit werden vier Strategien zum Lastmanagement betrachtet, bei deren Realisierung sowohl Versorgungssicherheit als auch Wirtschaftlichkeit des Netzbetriebes im Vordergrund stehen. Im Hinblick auf die Realisierbarkeit von Demand Side Management-Steuerungsstrategien werden auch die heutigen technischen Möglichkeiten analysiert.