LEHRSTUHL ELEKTRISCHE NETZE

UND ERNEUERBARE ENERGIE

Die OvGU hat es sich innerhalb des Projektes 'REGEES' zum Ziel gemacht, ein neuartiges Modellkonzept für ein virtuelles Kraftwerk zu entwickeln, das die gesamtheitlichen Anforderungen verschiedener Netzentwicklungs- und Betriebsführungsaspekte befriedigt, darunter die 100%ige Integration von Regenerativen Energien, die Einbeziehung des virtuellen Kraftwerkes in den horizontalen und vertikalen Netzführungsprozess des gesamtheitlichen Systembetriebes und die Schaffung von notwendigen Voraussetzungen zur Partizipation des virtuellen Kraftwerkes am Energiemarkt zur Erbringung von planbaren Systemdienstleistungen durch dynamische Fahrplanbestimmung. Durch die vorhergehende Definition von Schnittstellen  bzw. einer universell gesteuerten Schnittstelle kann das virtuelle Kraftwerk im Kontext der übergeordneten Netzführung (horizontal und vertikal) untersucht werden. Aufbauend auf eine Anforderungsanalyse und eine Recherche zur Modellierung des virtuellen Kraftwerkes mit den beinhaltenden Komponenten wird ein Modellierungskonzept entwickelt. In Zusammenarbeit mit den anderen Projektpartnern werden die Schnittstellen mit den erforderlichen Ein- und Ausgabeparametern definiert. Nach der softwaretechnischen Umsetzung des Modells werden zu entwickelnde Betriebsführungsstrategien, basierend auf Optimierungsalgorithmen wie z.B. MILP oder dynamischer Programmierung, für das virtuelle Kraftwerk und für den koordinierten Gesamtbetrieb an definierten Testszenarien (z.B. gestörter und ungestörter Betrieb) getestet.

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Eine zeitnahe und erfolgreiche Konzeptionierung und Umsetzung eines Smart Grids, das eine intelligente Vernetzung aller Akteure im elektrischen  Versorgungsnetz durch innovative Kommunikationstechnologien bedeutet, erfordert eine starke Zusammenarbeit der weltweiten Kompetenzen und die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Innerhalb des IRSES – ELECON Projekt wird speziell die Zusammenarbeit junger, europäischer und brasilianischer Wissenschaftlicher gefördert. Im Vordergrund der Untersuchungen stehen eine Potentialanalyse und Umsetzungskriterien für ein aktives Lastmanagement und die Identifikation der nichttechnischen Verluste. Weiterhin wird eine innovative Kommunikationsinfrastruktur mit angepassten dezentralen Modellen thematisiert, da sie eine wichtige Voraussetzung für die technische Realisierung des Smart Grids darstellen. Das ELECON – Projekt hat im Einzelnen folgende Ziele:

• Konsolidierung eines internationalen Netzwerks von wissenschaftlichen Einrichtungen zwischen der EU und Brasilien,
• Nutzung von modernen Methoden und innovative Techniken zur Analyse des Stromverbrauchs und die Förderung der Energieeffizienz,
• Erwerb und Austausch von wissenschaftlichem Know-how zwischen der EU und Brasilien,
• Durchführung von Benchmark-Studien mit realen Daten,
• Etablierung einer starken Basis für zukünftige, langfristige Kooperationen.
Die EU ist in einer guten Position, die Übermittlung des konsolidierten Fachwissens im Bereich der Energietechnik international zu fördern und somit weltweit schnelle, effektive Veränderungen in diesem Bereich voranzutreiben. Brasilien ist ein sehr wichtiger Partner mit einzigartigen Netzstrukturen und Erfahrungen im Bereich der Energietechnik. Das komplementäre Know-how und das hohe wissenschaftlichen Niveau, das durch das Austauschprogramm unterstützt wird, werden zu qualitativ hochwertigen Ergebnisse führen und die Grundlage für eine dauerhafte Zusammenarbeit schaffen.

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Hauptziele für das Teilprojekt an der Otto-von-Guericke-Universität am Lehrstuhl LENA sind die umfassenden Analysen zu den technischen und organisatorischen Voraussetzungen, die den Betrieb eines adiabaten Energiespeichers bedingen sowie zu den Möglichkeiten der Stützung des zukünftigen Übertragungsnetzes durch die vom Speicher zu erwartenden Systemdienstleistungen, wie die Bereitstellung von Reserveleistung und die Potentiale zur Spannungshaltung. Zu diesem Zweck werden anhand der anerkannten Studien und des Netzentwicklungsplanes 2012 über definierte Stützjahre verschiedene Szenarien des Speichereinsatzes simulative untersucht. Mittels eines Modells des betrachteten Netzgebietes wird der zeitliche Einfluss auf die residuale Last und damit auf die Belastung der Netzkomponenten innerhalb des Höchstspannungsnetzes mittels statischer Lastflussanalysen untersucht. Anhand unterschiedlicher Integrationsorte und verschiedener Speicherdimensionen wird die selektive Einflussnahme des Speichers auf den Netzbetrieb quantifiziert. Dazu werden die beteiligten Netzknoten sowie die relevanten Verbindungsleitungen im untersuchten Übertragungsnetz in Bezug auf deren Auslastung und das jeweilige Knotenspannungsverhalten analysiert. Die angesetzten Verläufe der einwirkenden Erzeugungsanlagen, wie die der Windkraft und der Photovoltaik, werden basierend auf einem Klimamodell im Netzmodell hinterlegt. Ein weiterer Aspekt ist die Klärung von Fragen nach der Zugriffsfähigkeit und Datenübermittelbarkeit unter den Maßstäben des Unbundlings und der Systemsicherheit im Hinblick auf den Speicherbetrieb, mit dem Hintergrund, notwendige organisatorischen Vorgänge und Abläufe realisieren zu können.

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Das Vorhaben SECVER beschäftigt sich mit der Ausarbeitung eines neuen Mess- und Auswertungsverfahrens zur Stabilisierung des Netzbetriebes. Es betrachtet einen Bereich mit hoher lokaler erneuerbarer Erzeugung und baut auf den Ergebnissen und Systemen auf, die im Projekt Regenerative Modellregion Harz (RegModHarz) entwickelt und erarbeitet wurden.
Der erste Schwerpunkt richtet sich auf die Entwicklung eines Prototyps für ein hochgenaues, zeitsynchrones Monitoring-System im Verteilnetz. Dieser dient als Ausgangspunkt für die Ausarbeitung von Algorithmen und Systemen zur Beobachtbarkeit unter Anwendung digitaler Messtechnologie. Die Erweiterung von steuerungstechnischen Maßnahmen bzw. Regelwerken zur sicheren und zuverlässigen Führung von Verteilungsnetzen bildet den zweiten Schwerpunkt des Projektes.

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Dieses Projekt läuft seit dem Jahr 2011 und ist gefördert vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung). Die Stadt Magdeburg hat damals mit ihrem Antrag neben vier weitern Teilnehmern den Wettbewerb gewonnen und damit einen Zuschuss, der sich auf 5 Jahre verteilt, zu den ihren Projekten erhalten. Die Födermaßnahme ist wie folgt beschrieben: „Mit dem Wettbewerb will das BMBF systemorientierte Aspekte aufgreifen. Es geht um die Erforschung ganzer Energie- bzw. Versorgungssyteme. Es sollen neuartige Konzepte für eine effizientere Energienutzung in Städten entwickelt, modellhaft umgesetzt und verbreitet werden.“   Der Lehrstuhl ist mit der Maßnahme B2: „Unterstützung der Netzqualität durch automatisierte Verteilstationen und Lastmanagement“ (kurz Lastmanagement) mit anderen Partner beteiligt. Die Maßnahme läuft planmäßig, wobei  die erste Phase: „Analyse der Anforderungen und Potentiale“ abgeschlossen ist und zurzeit die zweite Phase: „Entwicklung von Konzepten und Modellen“ bearbeitet wird. Die dritte Phase, die die Umsetzung betrifft, ist bereits angearbeitet Mit Hilfe der Automatisierung von Verteilstationen soll durch gezieltes Monitoring und Beeinflussung von Erzeugung und Last eine Stabilisierung der elektrischen Verteilnetze, eine Einsparung an CO2 Emissionen und eine Steigerung der Einspeisung durch erneuerbare Elektroenergiequellen realisiert werden.   Die Auswahl der Verteilnetze, d.h. der Knoten erfolgte in enger Kooperation mit dem Partner „SWM“. Dazu wurden bereits Simulationen durchgeführt. Die meist auf Mittespannung bezogenen Betrachtungen wurden auf das Verteilnetz herunter gebrochen und auch eine Speicherung von Energie in Betracht gezogen. Auch die Fernbeobachtung ist von Interesse. Sie wurde bei dem Konzept berücksichtigt. So erfolgte die Auswahl auch nach diesem Kriterium.

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Teilvorhaben OvGU: "Bedarfsanalyse und Modellentwicklung zur Gestaltung der notwendigen Rahmenbedingungen bei Bereitstellung von Speicherkapazität durch kleine, dezentral im Netz vorhandene Energiespeicher für einen optimalen Netzbetrieb"

Das Teilvorhaben der OvGU im Projekt ESPEN zielt auf die Erarbeitung der Anforderungen an dezentrale Speicher im Niederspannungsnetz. Das umfasst die Untersuchung der residualen Lastverhältnisse durch Simulation von Szenarien mit unterschiedlichen Durchdringungsgraden regenerativer Energieerzeuger an definierten, generischen Netzstrukturen. Diese beinhalten urbane, suburbane und ländliche Versorgungssituationen innerhalb verschiedener Stützjahre, angelehnt an wissenschaftlich anerkannte Studien und Prognosen. Die Untersuchung soll den zukünftigen Bedarf an Systemdienstleistungen definieren, der insbesondere in den unteren Verteilungsnetzebenen bei hohen Integrationsgraden dezentraler Erzeugung entsteht. Als Konsequenz wird der simulative Einsatz von ausgewählten Speichermodellen innerhalb der Untersuchungsszenarien analysiert und bewertet. Des Weiteren werden die zur Netzintegration von Speichern notwendigen Rahmenbedingungen analysiert und die damit verbundenen Informationsflüsse zwischen den unterschiedlichen beteiligten Akteuren unter Berücksichtigung geltender, technisch-organisatorischer Vorgaben für den Einsatz der Verbundspeicher im Verteilungsnetz untersucht. Darüber hinaus wird unter der Maßgabe des zukünftigen Netzbetriebes eine Referenzarchitektur für die Betriebsweise eines verteilten Speicherverbundes entworfen. Basierend auf den simulationstechnischen Untersuchungen erfolgt die Erarbeitung der zukünftigen Anforderungen als Grundlage zur Ausgestaltung des technisch-organisatorischen Rahmens für den Verbundbetrieb dezentraler Speichereinheiten, sowie diesbezüglicher Anpassungsempfehlungen.

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Im Rahmen des Drittmittelprojektes „Untersuchungen zu Maßnahmen bei kritischen Zuständen im Übertragungsnetz von 50 Hertz Transmission“ in Zusammenarbeit mit der 50 Hertz Transmission wird das gegenwärtige Lastabwurfskonzept der Regelzone analysiert. Durch den Anschluss von Windenergie –und PV anlagen vorallem im Verteilnetz ändert sich in einigen Situationen. z.B. Starkwind oder Schwachlast, die Richtung der vertikalen Last in den Umspannwerken und die Leistung wird vom Verteilnetz in das Hoch -und Höchstspannnungsnetz rückgespeist. Vor diesem Hintergrund wird untersucht, ob sich die Wirkung des automatischen Lastabwurfs durch Frequenzrelais im Fall von Unterfrequenz auch zukünftig positiv auf die Frequenzstabilisierung auswirkt. Dazu werden entsprechende Leistungszeitreihen an den Umspannstationen ausgewertet und der aktuelle Aufteilungsschlüssel analysiert. Die Ergebnisse sollen anhand bestimmter Szenarien mithilfe eines Netzmodells verifiziert werden.

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Elektrische Übertragungsnetze (Hoch- und Höchstspannung) werden aufgrund von sich ändernden Randbedingungen immer näher an ihren Belastungsgrenzen betrieben. Um die Sicherheit der Energieversorgung weiterhin zu gewährleisten, müssen die Netzbetreiber zu jeder Zeit genau wissen, wie nahe sie sich an der Stabilitätsgrenze befinden. Dazu werden in diesem Projekt neue, genauere Analyseverfahren, die auf dynamischen Simulationsmodellen basieren, angewendet. Die Analysen schließen die Untersuchung der transienten-, der Klein-Signal- und der Spannungsstabilität ein. Der Teil der Spannungsstabilität wird an der Universität Magdeburg untersucht. Die Analysen müssen schnell, zuverlässig und automatisch durchgeführt, und die Ergebnisse müssen, visuell aufbereitet, dem Leitwartenpersonal zugeführt werden. Die Einbindung der genannten Analysen in einen automatisierten Prozess und die Parallelisierung stellt einen weiteren Themenbereich der Universität Magdeburg dar.

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Mit der zunehmenden Energieversorgung durch dezentrale und volatile Energieerzeugung müssen auf der Ebene der Verteilnetze zunehmend Beiträge geleistet werden, um die Sicherheit und Stabilität des elektrischen Netzes zu gewährleisten bzw. verstärkt regional zu unterstützen. Hierbei gilt es sowohl, die Stabilität während des Normalbetriebes des Netzes als auch den Betrieb in gestörten bzw. kritischen Situationen zu berücksichtigen. Insbesondere in Regionen, welche durch einen großen Anteil von erneuerbaren Energien geprägt sind, wie es in Sachsen-Anhalt der Fall ist, nimmt die Bedeutung dieser Problematik zu.
Das Ziel des Vorhabens REStabil Sachsen-Anhalt ist die Gewährleistung des stabilen Netzbetriebs regionaler und kommunaler Energieversorgungsstrukturen am Beispiel Sachsen-Anhalt unter intelligenter Ausnutzung steigender fluktuierender Einspeisung durch erneuerbare Energien sowie flexibler industrieller Lasten und stationärer Großstromspeicher.
Diese Zielstellung umfasst insbesondere die Steigerung der Netzeffizienz durch optimierte Integrationsstrategien mit einem systemischen Ansatz, sowie die verstärkte Bereitstellung von lokalen und globalen Systemdienstleistungen auf den und durch die regionalen und kommunalen Netzebenen mittels Kopplung dezentraler Anlagen zur Netzsicherung in kritischen Situation und Betriebsoptimierung im Normalbetrieb unter Anwendung einer kooperativen Steuerungsstrategie zwischen allen beteiligten Akteuren.
Hierfür sollen elektrische Anlagen auf regionaler und kommunaler Netzebene unter Anwendung moderner Smart-Grid-tauglicher Kommunikationsmechanismen, wie beispielsweise IEC 61850 mit einander gekoppelt werden und zur Netzsicherung in kritischen Situationen beitragen. Anhand zuvor konzipierter Algorithmen und der praktischen Realisierung des Systems sollen im Rahmen des Feldtests Erfahrungen mit der Umsetzung theoretischer Steuerungsstrategien gesammelt und eine Optimierung der Betriebsführung des Energiesystems hinsichtlich der Netzsicherheit abgeleitet werden. Die Wiederverwendbarkeit der entwickelten und getesteten Software-Module zur Betriebssteuerung für andere Regionen steht hierbei im Vordergrund und wird durch die modulare Realisierung für den ergänzenden Einsatz in Verteilnetz bzw. lokalen EVU-Leitwarten gewährleistet. Des Weiteren wird es auch möglich sein, durch die standardkonforme Entwicklung von Modellen, Schnittstellen und Softwareapplikationen, die erarbeiteten Ergebnisse in andere Regionen zu übertragen und einzusetzen, um die Skalierbarkeit sowie Verwertbarkeit zu erreichen.
Durch eine praktische Erprobung des Zusammenspiels zwischen flexiblen industriellen Lasten, regenerativen Erzeugern und elektrischen Speichern sollen die entwickelten Verfahren, in enger Kooperation mit den beteiligten Netz- und Anlagenbetreibern, der korrekte Betrieb von netzstabilisierenden Systemen auf regionaler Ebene verifiziert werden.

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Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und die damit verbundenen Energiewende führt zu einem stetigen Ausbau regenerativer Stromerzeuger in Deutschland. Die Anlagen werden aufgrund von topologischen und witterungsbedingten Gründen vermehrt in den neuen Bundesländern installiert.  Besonders in Sachsen-Anhalt ist der Anteil erneuerbarer Erzeugungsanlagen am Brutto-Stromverbrauch sehr hoch. Das volatile und dezentrale Einspeiseverhalten von Wind- und Photovoltaikanlagen stellt allerdings neue Herausforderungen an die Energienetze von morgen. Die Koordinierung des Ausbaus der regenerativen Erzeuger ist dabei ein wichtiger Punkt und soll innerhalb dieses Vorhabens unterstützt werden. Dazu soll eine Datenbasis zum vorhandenen Anlagenbestand und zum Ausbaupotential regenerativer Stromerzeuger erstellt werden. Ableitend dazu ist eine Ausbauplanung im Kontext mit der Netzsituation im Land Sachsen-Anhalt, sowie eine Handlungsempfehlung das vorrangige Ziel des Projektes.

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Das Verbundprojekt befasst sich mit der Entwicklung und Analyse von wassergekühlten Brennstoffzellen, die als Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und Hilfsstromaggregat effizient elektrische Energie zur Verfügung stellen, sobald die Hauptenergieversorgung, z.B. das elektrische Energieversorgungsnetz ausfällt oder Netzstörungen auftreten.

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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, systemübergreifende intelligente Betriebsführungsstrategien für das Offshore-Windenergiesystem mit mehreren Anschlusspunkten an das Energiesystem auf dem Festland (Multiterminal-HVDC) zu erforschen. Diese sollen einerseits eine vollständige Nutzung der Offshore-Windenergie ermöglichen und andererseits weiterhin die hohe vorhandene Systemsicherheit und  stabilität des gesamten Europäischen Netzes gewährleisten. In einem interdisziplinären Forschungsverbund zwischen einer Universität, einem Fraunhofer-Institut und einem Industriepartner sollen die Schwerpunkte wie Beobachtbarkeit, Netzsicherheit, Steuerbarkeit und Regelungsstrategien für Energiesysteme mit einem hohen Anteil an Offshore-Windenergie untersucht werden.
Im Zuge dieses Projektes wird an der Otto-von-Guericke-Universität ein Hardwarelabor aufgebaut, das es ermöglichen wird VSC-HVDC Übertragungsszenarien auch praktisch nachzubilden und die entwickelten Regelstrategien u.a. zu testen.

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Im Rahmen dieses durch das Russische Federal-Kultusministerium finanzierten Projektes soll eine Infrastuktur für die Bildung und Forschung im Bereich intelligenten elektrischen Netze der Zukunft (Smart Grids) an der Staatlichen Technischen Universität Irkutsk entstehen. Unter anderem werden folgende Laboratorien aufgebaut: Brennstoffzellen Labor, Labor für  die Planung und Betriebssimulation von Smart Grids, Labor für die Smart Protection, IKT und synchrone Messungen (PMU).

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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird der Einsatz der Techniken der virtuellen Realität für die Optimierung der Energiemanagementsysteme untersucht. Als Beispiel dient hier das Energiemanagementsystem eines autonomen Gebäudes.

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Im Rahmen dieser Zusammenarbeit werden moderne Netzschutzverfahren entworfen und untersucht, die die höchste Sicherheit des elektrischen Netzes gewährleisten. Hier werden besonders die Verfahren, die auf den GPS-synchronisierten Messungen basieren, untersucht. Entsprechende Messalgorithmen für die Überprüfung von Schutzeinheiten werden vorgeschlagen und in die zertifizierten Prozeduren in Zusammenarbeit mit dem TÜV Test Nord überführt.

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Die Entflechtung des Energiemarktes erfordert neue Geschäftsmodelle und neue integrative Methoden zur Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette. Die Realisierung des europaweiten elektrischen Netzes der Zukunft macht die Umsetzung einer offenen, allgemein zugänglichen und genormten IKT-Infrastruktur erforderlich, so dass alle beteiligten Marktteilnehmer diskriminierungsfrei mit den notwendigen Informationen versorgt werden. Das Projekt WEB to Energy (W2E) hat das Ziel, diese offene, allgemein zugängliche und genormte IKT-Infrastruktur zu entwickeln. Der Grundgedanke hierbei ist die konsistente, gleichartige und einheitliche Anwendung von weltweit anerkannten IEC-Standards, insbesondere für Kommunikationsprotokolle (IEC 61850), IKT-Sicherheit (IEC TS 62351) und Datenverwaltung mittels CIM (IEC 61970). Im Projekt W2E werden Schnittstellen zwischen allen drei Ebenen entwickelt und auf diese Art und Weise ?plug and play?-Fähigkeiten und Kompatibilität realisiert. Somit wird im Projekt W2E ein nahtloser Ansatz für die Standardisierung von der Prozessebene, über die IKT-Infrastruktur bis zur Steuerungsebene gewährleistet. Im Rahmen von Feldtests werden folgende Schlüsselelemente umgesetzt und demonstriert: 1. Integration der Nutzer: verbesserte Effizienz der Energieerzeugung, um Energieeinsparungen zu erzielen und Spitzenlasten abzufedern und somit niedrigere Systemkosten und eine verbesserte Integration von erneuerbaren Energien zu erreichen.
2. Aktive Verteilungsnetze: Flexible und rekonfigurierbare Zusammenfassung und Verwaltung dezentraler, sicherer und unsicherer (fluktuierender) Einspeiser, Speicher und steuerbarer Lasten in virtuellen Kraftwerken, um ein Optimum an ökologischem und ökonomischen Betrieb zu erreichen.3. Selbstheilungs-Fähigkeiten für die Verteilungsnetze, basierend auf den Möglichkeiten der IKT-Infrastruktur und einer automatisierten Fehlerklärung in Mittelspannungsanlagen und somit die Erhöhung der Versorgungssicherheit

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In dem Projekt Regenerative Modellregion Harz werden regenerative Erzeuger, Verbraucher und Energiespeicher zu einem virtuellen Kraftwerk, dem Regenerativ Kraftwerk Harz (RKWH) zusammengeschlossen. In Verbindung mit einer elektronischen Marktplattform ermöglicht es den beteiligten Erzeugern, Händlern, Netzbetreibern und Kunden eine ökologisch und ökonomisch optimierte Energieversorgung bis hin zur Vollversorgung zu gewährleisten. Damit soll gezeigt werden, dass mit Unterstützung modernster Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) eine zuverlässige und verbrauchernahe Versorgung mit elektrischer Energie im System mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien möglich ist.

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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Gewinnung von Erkenntnissen zur Integration großer Offshore-Windparks in die elektrische Energieversorgung und damit die Steigerung des energiewirtschaftlichen Nutzens der Windenergie. Im Rahmen dieses Projektes wird eine Simulationsplattform für den Offshore-Windpark und das WCMS (Windpark Cluster Management System) entwickelt, um eine übergeordnete Betriebsführung zur Steigerung der Effizienz sowie zur Unterstützung des Netzbetriebes durch Bereitstellung von Systemdienstleistungen zu erforschen. Mit dem gekoppelten Simulator werden die durch das WCMS generierten Betriebsführungsstrategien des Offshore-Windparks anhand des elektrischen Windparkmodells in PSS®NETOMAC simuliert und analysiert.

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Wegen ihres hohen Wirkungsgrades bei der Energiewandlung können Brennstoffzellen, kombiniert mit einer energetischen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen, genutzt werden um ein System mit einer hocheffizienten und nachhaltigen Elektroenergieerzeugung auf der Basis erneuerbarer Energiequellen zu schaffen. Das Land Sachsen-Anhalt besitzt ideale Voraussetzungen zur Nutzung biogener Brennstoffe. Dazu gehören primär Reststoffe aus der Land- und Forstwirtschaft aber auch energiehaltige Nutzpflanzen. Die angebauten Energiepflanzen bzw. die anfallenden Reststoffe sollen möglichst effizient genutzt werden. Für eine effiziente Nutzbarmachung biogener Rohstoffe muss der konkrete Rohstoff  in Verbindung mit der Art der Aufbereitung zum Brenngas betrachtet und optimiert werden. Zur Entwicklung eines wirtschaftlichen Gesamtsystems muss neben der Brenngaserzeugung und -aufbereitung für die Elektroenergieerzeugung durch eine Brennstoffzelle auch die Einbindung der dezentralen Kraftwerkseinheiten in ein IKT -basiertes Energiesystem der Zukunft berücksichtigt werden. Hierbei ist die Bereitstellung von Regelenergie einer der Schwerpunkte. Durch die herausragende Eigenschaft von Brennstoffzellen im Teillastbetrieb besonders hohe Wirkungsgradwerte aufzuweisen, ist ein Brennstoffzellenkraftwerk regelleistungsfähig und kann damit zur Stabilität kleinerer Netze beitragen. Es sollen Lösungen für eine zukünftige Sicherstellung einer stabilen und belastbaren Elektroenergieversorgung von kleinsten Einheiten, unter Wahrung einer hohen Flexibilität bei der Auswahl und der Aufbereitung des biogenen Rohstoffs zum Energieträger zum Betreiben von Brennstoffzellen erarbeitet werden.

Kernpunkte:  

• Brenngaserzeugung aus biogenen Energieträgern
• Brenngasnutzung (Brenngas zu elektrischer Energie)
• Netzeinspeisung (Elektrische Energie ins Netz)

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Im Rahmen des Schwerpunktes Automotive wird die optimale Auslegung und Betriebsweise einer Auxiliary Power Unit (APU) basierend auf der PEM- Brennstoffzellen Technologie untersucht. Die theoretischen Forschungen (Modellbildung und Simulation)  werden durch zahlreiche Experimente im eigenen BZ- Labor (bis 5 KW) flankiert.

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Im Kfz-Bordnetz wird eine zunehmende Zahl elektrischer Verbraucher eingesetzt. Es muss mithin ein erhöhter Energiebedarf mit für sicherheitskritische Lasten hoher Zuverlässigkeit abgedeckt werden, was insbesondere bei verkürzter Betriebszeit des Verbrennungsmotors - z. B. durch verbrauchsmindernden Start-Stop-Betrieb - den Einsatz einer den herkömmlichen Generator ergänzenden Hilfsstromversorgung nahe legt. Hierzu bietet sich die Brennstoffzelle an. Ihr Fahrzeugeinsatz ist durch Lastzyklen gekennzeichnet, die im wesentlichen durch die Leistungsabgabe des Generators auf der einen sowie die Leistungsaufnahme durch die verschiedenen Lasten auf der anderen Seite bestimmt werden. Diese sind wiederum von Randbedingungen wie Fahrzyklen oder der Umgebung des Fahrzeugs gekennzeichnet beispielsweise durch Beleuchtungsverhältnisse und Temperatur - abhängig. Es stellt sich daher die Aufgabe, einerseits den Brennstoffzellenstapel mit veränderlicher Leistung zu betreiben, andererseits nötigenfalls seine Betriebsdauer sowie die Amplitude und Veränderungsgeschwindigkeit der Leistungsschwankungen durch Einbeziehung zusätzlicher Energiespeicher zu begrenzen; als solche kommen neben der bereits im herkömmlichen Bordnetz vorhandenen Batterie auch Doppelschichtkondensatoren in Frage. Die Leistungsflüsse zwischen Generator und Brennstoffzelle, den Energiespeichern sowie den übrigen Teilen des Bordnetzes mit einer Vielzahl von Lasten können über leistungselektronische Stellglieder, die ohnehin zur Anpassung der Spannungs- bzw. Stromebenen erforderlich sind, geregelt werden. Ein übergeordnetes Lastmanagement übernimmt die Sollwertvorgabe. Durch das Zusammenspiel zu erstellender dynamischer Modelle können in einem Teil des Systems vorhandene Signale - beispielsweise bedingt durch eine von der Leistungselektronik als Störgröße erzeugte Stromwelligkeit - an anderer Stelle ausgewertet werden, was eine deutliche Vereinfachung der Sensorik in der Anwendung verspricht. Darüber hinaus bietet es sich an, Beobachter zu erstellen, die dem übergeordneten Lastmanagement regelungstechnisch relevante, jedoch nicht unmittelbar zugängliche Größen zu ermitteln erlauben. Für die übergeordnete und die dezentrale Betriebsführung sollen darauf basierend geeignete Strategien erarbeitet und in einem Versuchsstand erprobt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen ohne erheblichen messtechnischen Zusatzaufwand eine hinreichende Funktionalität des Gesamtsystems bei gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserter Lebensdauer sicherstellen.

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Das Vorhaben Harz.EE-Mobility untersucht in einer heute schon durch erneuerbare Energien dominierten Region Integrationsmöglichkeiten von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (Elektromobile), um eine vielversprechende Alternative zum Ausgleich der Erzeugung und des Verbrauchs elektrischer Energie bereitzustellen. Hierbei sollen Lösungsansätze für die damit verbundenen Herausforderungen gefunden werden, wie die öffentliche Akzeptanz der Elektromobilität, ihre Marktdurchdringung sowie die Nutzung der Elektromobilität zur Verbesserung der Integration regenerativer Energien im Netzbetrieb (Beitrag zu Netzdienstleistungen). Der grundlegende technologische Ansatz im Vorhaben ist die Kombination aus elektrischen, logistischen sowie informations- und kommunikationstechnischen (IKT) Infrastrukturen für die Integration der Elektromobilität und der erneuerbaren Energien. Dieser Ansatz wird einerseits eine möglichst uneingeschränkte Mobilität gewährleisten. Andererseits wird eine verbesserte Integration erneuerbarer Energien durch die Kommunikation von Mobilitätsanforderungen der Fahrzeugnutzer angestrebt. Hierzu wird ein verteiltes Lastmanagement für die Elektromobile in bestehenden elektrischen Energiesystemen realisiert, welches das elektrische Speicherpotenzial der Elektromobile ausnutzen soll. Unter Anwendung moderner IKT und Prognoseverfahren wird das kurz- bis mittelfristig zur Verfügung stehende Speicherpotenzial bestimmt. Anknüpfend an die im Projekt RegModHarz behandelte Modellregion werden die erforderlichen IKT-basierten Maßnahmen und Systemlösungen (wie z. B. Kfz On-Board-Geräte, Logistikrechner, Netzsteuerungskomponenten, Anschlusspunkte) erforscht, entwickelt und evaluiert, besonders unter Berücksichtigung der Netzunterteilung mehrerer regionaler Netzbetreiber (Halberstadt, Wernigerode, Quedlinburg, Blankenburg). Die Optimierungsstrategien zur Maximierung des Anteils erneuerbarer Energieerzeugung werden mit den navigationsbasierten Mobilitätssystemen umgesetzt und anhand der Anwendungsszenarien auf Anwendbarkeit, Nutzerakzeptanz und Nachhaltigkeit untersucht. Um auch die Skalierbarkeit der Lösung zu betrachten, wird darüber hinaus die Umsetzung in einem kombinierten Kommunikations- und Energienetzsimulator integriert und getestet.  Dies ermöglicht, verschiedene Migrationsszenarien für eine wachsende Elektromobilität zu untersuchen. Hierzu gehören beispielsweise Strategien zum Einsatz von Elektromobilen als verteilte Energiespeicher im intelligenten Netz der Zukunft, mit einer noch höheren Anzahl an erneuerbaren  Energieerzeugungsanlagen.

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Ziel des vorliegenden Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen elektrischen Antriebs- und Energiespeichersystems für Straßenfahrzeuge, dass sich als verteilter Speicher in Elektrizitätsnetze integrieren lässt. In einer Recherche wird der Stand der Technik unter Berücksichtigung gültiger Normen und Vorschriften erarbeitet. In dem Zusammenhang sind Schutzkonzepte für die bidirektionale Schnittstelle zum öffentlichen Netz zu implementieren. Daraus folgend ist eine Topologieentwicklung der leistungselektronischen Komponenten sowie des Gesamtsystems zu erarbeiten. Gleichzeitig sind Untersuchungen zur  leitungslosen und -gebundenen EMV des Fahrzeugsystems zu untersuchen. Durch den Antragsteller erfolgt die wissenschaftliche Begleitung zum Aufbau eines Funktionsmusters, einem Elektroauto, dass durch die Implementierung entsprechender Elektronik, Schnittstellen und Kommunikationstechnik als Speicher von Elektroenergie genutzt werden kann.

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Im Rahmen dieses Projektes werden die Aspekte effizienter und nachhaltiger Energieversorgung der Zukunft betrachtet. Brennstoffzellen als elektrochemische Wandlerkomponenten spielen dabei eine zentrale Rolle. Die Zusammenstellung des Netzwerks aus Experten unterschiedlicher Gebiete erlaubt einerseits eine tiefe und anderseits eine interdisziplinäre  Betrachtung des Problems, die u.a. Aspekte wie Versorgung der Brennstoffzellensysteme mit Brennstoffen, Optimierung des Brennstoffzellenbetriebes, intelligente Kopplung von Brennstoffzellensystemen an das elektrisches Netz, Integration der Brennstoffzellensysteme in die globale Elektroenergieversorgung (virtuelles Kraftwerk), sowie Unterstützung des Netzbetriebes mit hoher Durchdringung von dezentralen Einspeisern berücksichtigt.

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Baugruppen und Systeme in Schaltanlagen, die den Schutz in elektrischen Energiesystemen steuern, sind auf Messdaten angewiesen. Diese Datensätze können mit Hilfe verschiedener Messgeräte erfasst werden (z.B. Messwandler oder elektronische Messwandler). Dies reicht weiter von analogen Strom- und Spannungssignalen bis hin zu digitalen Datensätzen unterschiedlichster Formate. Eine derartige Vielfalt erschwert den Entwurf neuer Schutzgeräte. Aus diesem Grund wurde ein neues Gerät entwickelt, welches sich Merging Unit nennt. Die Hauptaufgabe dieser Merging Unit ist die Einbindung unterschiedlicher Arten von Messgrößen/Messwerten in einer Geräteschnittstelle, die daraus einen digitalen Datenstrom gemessener Abtastwerte generiert. Diese von der Merging Unit ausgegebenen digitalen Datenpakete sind standardisiert gemäß IEC 61850-9-2. Die Untersuchung jeder Merging Unit beinhaltet zwei Aspekte, die untersucht werden sollten. Zunächst sollte die Gestalt der Datenpakete und deren Konformität mit der Norm IEC 61850-9-2 getestet werden. Die Anforderungen an die Datenübertragung, wie z.B. die Verfügbarkeit oder Verzögerung von Messdaten sollten analysiert werden. Weiterhin spielt die Genauigkeit von Merging Units eine signifikante Rolle. Die Daten, die von der Merging Unit bereitgestellt werden, können unter anderem für Baugruppen, wie z.B. Schutzgeräte in Schaltanlagen, verwendet werden. Bis jetzt sind noch keine Normen oder Richtlinien für Genauigkeitstests von Merging Units verfügbar. Derartige Ausführungsrichtlinien würden dazu in der Lage sein, relevante Informationen zur Funktionalität und Zuverlässigkeit der Merging Units. Die Projektinhalte umfassen die Entwicklung von Testverfahren für Merging Units im Hinblick auf Messgenauigkeit und hinsichtlich der Konformitätsprüfung zur Norm IEC 61850-9-2. Die Aufgaben innerhalb des Projekts umfassen:

• Entwicklung eines Teststands für Genauigkeitsuntersuchungen
• Definition von statischen- und dynamischen Testszenarios für Genauigkeitsuntersuchungen von Merging Units
• Entwicklung einer automatischen Testroutine
• Entwicklung von Methoden zur Ergebnisauswertung von Genauigkeitsuntersuchungen
• Entwicklung eines Teststands zur Untersuchung von Kommunikationsanforderungen und für Konformitätstests
• Erarbeitung von Abläufen zur Konformitätsuntersuchungen

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Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Studie sollen die Empfehlungen für die Erstellung einer Richtlinie zur Überprüfung von Oberschwingungsanteilen im Anschlusspunkt eines Windparks erarbeitet werden. Dabei sollen besonders die Hochspannungsebenen betrachtet werden, da künftig ähnlich wie bei der Niederspannungsrichtlinie IEC 61000-3-15 auch die zulässigen Werte für den Hochspannungsanschluss normiert werden sollen. Grundlage für die Erarbeitung der entsprechenden Empfehlungen ist einerseits die Recherche und Auswertung der aktuellen Aktivitäten in den Normierungs- und Standardisierungsgremien hinsichtlich Oberschwingungsrichtwerte, anderseits die Durchführung und Auswertung ausgewählter Messungen.

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Am Lehrstuhl ? Elektrische Netze und Alternative Elektroenergiequellen? der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg werden seit mehreren Jahren verschiedene Photovoltaiksysteme hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens unter realen Einsatzbedingungen untersucht. Die Untersuchungen richten sich u. a. auf:

• die vergleichende Bewertung unterschiedlicher Solarmodultypen,
• das Zusammenwirken der Anlagenkomponenten untereinander und mit dem Netz,
• die Analyse des Leistungsverhaltens über lange Nutzungszeiten.

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Probleme in den Bereichen der Aus- und Weiterbildung erfordern dieErforschung und Erprobung neuer Lehr- und Lernmethoden (z.B. derBereich des Lernens in virtuellen Umgebungen), die eng mit dem Einsatzcomputerunterstützter Lernmedien in E-Learning Umgebungen verbundensind. Es wurde das bereits erfolgreich entwickelte und in der Lehreeingesetzte Projekt RegEn M (Regenerative Energien Multimedial) alsBasis für diese Evolution genommen. Ziel dieses Vorhabens ist dieWeiterentwicklung eines zusätzlichen experimentellen Moduls mit demNamen RegEn VL (Regenerative Energien Virtuelles Labor) und dieVerbesserung der Lerninhalte des bereits existierenden E-LearningLernsystems RegEn M. Hier bietet die VRML-Darstellung (Virtual RealityModeling Language) eine Möglichkeit komplexe Systeme undSystemkomponenten 3-dimensional und interaktiv darzustellen. Mit Hilfevon VRML ist es möglich eine numerische Repräsentation einer 3DUmgebung zu entwickeln, die nahezu real wirkt.

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Im Gebiet der heutigen Energietechnik werden entsprechende Innovationen gefordert, welche die Sicherheit und Qualität im Rahmen der Energielieferung in noch höherem Maße gewährleisten können. Diese Erneuerungen richten sich grundsätzlich an die Etablierung der digitalen, moderneren Technologie, die durch ihre technischen Vorteile eine bessere Überwachung und Führung der elektrischen Netze erlaubt, was aus Sicht des Energiesystems als unbestrittene Modernisierung angesehen werden kann. Dies kann aber nur dann garantiert werden, wenn eine konforme Kommunikation zwischen den Einrichtungen, die die Netzführung und die Überwachung unterstützten, vorliegt. Das Ziel der Norm IEC 61850 ist die Festlegung und weitgehende Durchsetzung eines digitalen universellen Protokolls (einer digitalen Schnittstelle), das eine problemlose Zusammenarbeit zwischen den unterschiedlichen Netzeinrichtungen im Bereich der Kommunikation ermöglicht. Im Projekt werden die ausgewählten Teile dieser Norm bearbeitet, die der Definierung einer solchen digitalen Schnittstelle in Bezug auf die Messeinrichtungen gewidmet werden. D.h. es handelt sich hier um die genaue Festsetzung eines konformen Ausganges für die digitalen Signale, da dadurch deren Anwendungsspektrum in elektrischen Netzen definiert wird. Ähnlich einem analogen Ausgang, sind Genauigkeit und Robustheit auch bei digitalen Protokollen sehr wichtig. Darauf aufbauend werden die einzelnen Einflussgrößen auf den digitalen Ausgang analysiert und deren Komplexität in der notwendigen Anzahl von relevanten Parametern eingeschlossen, woraus sich die Voraussetzungen für die Genauigkeitsklassen digitaler Schnittstellen  ergeben. Dies wird sowohl durch die theoretischen Betrachtungen als auch mittels der Testmessungen untersucht.

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Heutzutage ist es notwendig, präzise und verlässliche Spannungs- und Strommessungen zum Schutz des elektrischen Versorgungsnetzes durchzuführen. Geräte und Systeme, welche die Sicherheit im Netz gewährleisten, sind auf gemessene Daten angewiesen. Die Gewinnung dieser Daten kann mittels unterschiedlicher Messgeräte stattfinden (z.B. Messwandler, elektronische Messwandler). Im Allgemeinen können die gewonnenen Messdaten sehr unterschiedliche Formate haben, von analogen Spannungs- und Stromsignalen bis zu digitalen Signalen in unterschiedlichen Formen. Diese Vielfalt an unterschiedlichen Formaten erschwert den Aufbau neuer Schutzeinrichtungen. Zur Bewältigung dieser Problematik wurde ein neues Gerät entwickelt, welches Merging Unit genannt wird. Hauptaufgabe des Merging Unit ist es, unterschiedlicheTypen von Messungen in einem Gerät zusammenzuführen und einen digitalen Datenstrom der gemessenen Werte zu erzeugen. Dieser ausgegebene Datenstrom ist gemäß IEC61850-9-2 standardisiert.
Die zweite Art von Geräten, welche Echtzeitdaten mit Vor-Ort-Synchronisierung von Wechselstromzeigern, Spannung und Strom des Mitsystems, Frequenz und Änderungsrate der Netzgrößen ausgibt, ist das Phasor Measurement Unit (PMU). An verschiedenen Orten im Netz installierte PMU messen synchronisiert Strom und Spannung unter Ausnutzung des vom GPS (Global Positioning System) oder GOES gelieferten Synchronisier-Impulses. Das PMU berechnet RMS-Werte und Phasenwinkel der gemessenen Größen. PMU-Anwendungen bieten interessante Möglichkeiten zur Überwachung, Kontrolle und zum Schutz von Energiesystemen.
Die Aufgabe in diesem Projekt ist es, Tests der beschriebenen Geräte durchzuführen, insbesondere mit Hinblick auf deren Messgenauigkeit. Folgende Teilaufgaben sind hierzu umzusetzen:

• Entwicklung des Teststandes
• Definition von Testszenarien für Merging Unit und Phasor Measurement Unit
• Entwicklung einer automatisierten Test-Routine.

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Die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Brennstoffzellentechnologie hat in den letzten Jahren deutliche Fortschritte und Innovationen zu verzeichnen. Neue Ergebnisse aus der Grundlagenforschung führen zu Innovationen bei Verfahren und Produkten. Einer der herausragenden Fortschritte ist die Entwicklung der Hochtemperaturmembranen für PEMFC. Diese Membranen besitzen eine höhere Toleranz gegenüber Kohlenmonoxid und die Befeuchtung der Prozessgase verliert durch den höheren Arbeitstemperaturbereich (>120 °C) an Bedeutung. Ergebnis sind der Wegfall oder die Veränderung von Prozessstufen sowie die Steigerung des Wirkungsgrades. Andererseits werden die Anforderungen an Materialien, an Systemkomponenten und die energetische Kopplung der Prozessstufen wesentlich verändert. Mit der Überschreitung der 120 °C Grenze ist eine Umstellung aller Kunststoffmaterialien innerhalb des Stacks und in dessen Peripherie notwendig. Die bisher eingesetzten Medien (DI-Wasser) für die Kühlung des Stacks und die Konditionierung der Gase können nicht mehr verwendet werden. Dies erfordert neue Wege insbesondere in der Reformierung des Primärenergieträgers Erdgas. Das Entwicklungsziel des Projektes wird wie folgt definiert: Entwicklung der technischen Grundlagen für eine neue PEM-Brennstoffzellen-Heizgerätegeneration auf der Basis von Hochtemperaturmembranen .

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Ziel der Arbeiten ist die qualitative Weiterentwicklung und Optimierung der Hochtemperaturbrennstoffzellen zur Verwendung von biogenen Brennstoffen und zum Aufbau kompakter Zellstapel zur Leistungs-vergrößerung. Auf dem Gebiet der Zellentwicklung sind grundlegende Untersuchungen zur Bestimmung der Einsatzgrenzen der oxidkeramischen Brennstoffzellen erforderlich. Dies beinhaltet Grundlagenuntersuchungen wie Auswahl einzusetzender Materialien, die Optimierung der Medienversorgung und der Steuerungs- und Regelungstechnik. Folgende Arbeitsschwerpunkte werden zum Erreichen der Projektziele bearbeitet:

• Thermische und chemische Stabilität des Stacks- und Elektrodenmaterials
• Modellierung und Simulation von Einzelzellen und kleinen Stacks

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Die Verteilungsnetze werden sich in der Zukunft verändern.Übertragungsnetzbetreiber werden teilweise ihre Verantwortung imBereich der Netzsicherung und führung an Verteilungsnetzbetreiberabgeben. Es ist zu erwarten, dass die Verteilungsnetze nicht nurAufgaben der Anlagenüberwachung und Steuerung bewältigen werden,sondern auch für Systemdienstleistungen, wie Spannungshaltung sowieteilweise den Leistungsausgleich, zuständig sein werden. Diesekünftigen Verteilungsnetze sollen für den bidirektionalenLeistungsfluss geeignet sein. Sie werden gefördert, gleichzeitig eineeffiziente lokale Erzeugung zu integrieren und eineFernenergieübertragung durch Weiterleitung der nichtbalanciertenelektrischen Energie zu ermöglichen. Die im Verteilungsnetzintegrierten dezentralen und regenerativen Energiequellen (z.B. Wind-und Photovoltaikparks) - DER werden zur Reduzierung derSchadstoffemissionen und zur Schonung fossiler Energieressourcen, aberauch zur Verbesserung des lokalen Energiemanagements sowie zurMinimierung der Energieübertragungsverluste beitragen. Diese steigendenvorhersehbaren Anforderungen an das Verteilungsnetz mit höhererDER-Penetration können nur unter zuverlässigem und schnellem Schutz desNetzes, was kontinuierlich gewährleistet sein muss, erfüllt werden. ImMittelpunkt dieses Forschungsprojektes steht die Untersuchung neuer,hochpräziser und synchroner Messtechnologien, wie Phasor MeasurementUnits, und deren Nützlichkeit bei der Verbesserung derNetzschutzapplikationen. Dabei werden sowohl vorhandene als auch neue,die so genannten lernfähigen Schutzalgorithmen, die auf schnelle undkontinuierlich aktuelle Datenbereitstellung basieren, geprüft.

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Im Rahmen dieser Studie soll der Stand und die Entwicklung desEnergiemarktes in Zentraleuropa untersucht werden. Die Prognosen lassenin einigen Ländern die Notwendigkeit von großen Investitionen imErzeugungssektor vermuten. Das rapide Wachstum des Energiebedarfs unddie auf der anderen Seite relativ kleine Steigerung der verfügbarenLeistung in diesen Ländern hat zur Folge, dass in naher Zukunft dieverfügbare Energie nicht mehr ausreichen wird. Für eine Übergangszeitmüsste die fehlende Energie importiert werden, weshalb die Kapazitätder grenzüberschreitenden Verbindungen vergrößert werden muss, um eineproblemlose Energieübertragung zu garantieren. Im Rahmen dieserwissenschaftlichen Studie sollen der Stand und die Entwicklung desgrenzüberschreitenden Energiemarktes in Zentraleuropa mit derZeitperspektive bis 2020 untersucht werden. Es soll sowohl der Standdes konventionellen Kraftwerkparks bezüglich Alter, Lebensdauer,Wirtschaftlichkeit und der Brennstoffabhängigkeit von der Umgebungbewertet, als auch der aktuelle Zustand und die Zukunftsaussichten vonregenerativen Energiequellen dargestellt werden.

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Die Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie ist eine Schlüsselkomponente für eine nachhaltige Energieversorgung. Sie verbindet die Steigerung des Wirkungsgrades der Stromerzeugung insbesondere im Teillastbereich und schont die Umwelt durch Emissionsfreiheit (Abprodukt nur Wasser). Die Entwicklung und Optimierung von Komponenten und die Senkung der Herstellungskosten sowie die Verbesserung der Lebensdauer des Stacks sind die aktuellen Herausforderungen für die Brennstoffzellentechnologie. In diesem Zusammenhang ergeben sich für kleine und mittelständische Unternehmen vielfältige Möglichkeiten, an diesem Markt mit hohem Zukunftspotential teilzuhaben. Das Spektrum reicht dabei von der Bereitstellung typischer Dienstleistungsprodukte bis hin zur Entwicklung und Lizenzierung von speziellen Produkten und Technologien. In dem im Land Sachsen-Anhalt bestehenden Verbund existiert ein Kompetenzschwerpunkt im Bereich der Diagnose für Brennstoffzellen- und Systeme von der Produktion bis zum Betrieb.
Basierend auf den bisher gesammelten Erfahrungen in jahrelanger Forschungstätigkeit im Bereich der Brennstoffzellentechnologie und im Betrieb solcher Anlagen sollen daher ausgewählte innovative Diagnoseverfahren und -geräte entwickelt werden. Dies beinhaltet die wissenschaftliche Untersuchung von Verfahren zur Online-Diagnose und zum Monitoring von Brennstoffzellensystemen verschiedener Technologien.

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Die Liberalisierung des Strommarktes und die steigende Durchdringung mit dezentralen Energieerzeugungseinheiten erschweren die Auslegung und die Betriebsführung des Netzes. Daher müssen die herkömmlichen Planungsmethoden durch innovative Methoden zur ökologischen, ökonomischen und technischen Netzplanung ersetzt werden. Die steigende Anzahl dezentraler Erzeuger führt zum Einen zu steigenden Kommunikationsproblemen, und zum Anderen zu einem stark fluktuierenden Leistungsangebot im Netz. Die Auslegung und Betriebsführung von Netzen basiert in der Regel auf mathematischen Modellen und Simulationen. Die durch dezentrale Erzeuger veränderten Randbedingungen müssen nun in diese Modelle und Simulationen eingearbeitet werden. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojektes steht die Reduktion der angepassten Modelle. Es werden die verschiedensten, zum Teil auch branchenfremden, Reduktionsverfahren auf ihr Potential zur Anwendung auf die Strombranche geprüft. Ziel der Reduktion ist, dass die jeweiligen Optimierungsprobleme zwar effizient, aber trotzdem noch hinreichend genau gelöst werden können.

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DieBrennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie ist eineSchlüsselkomponente für eine nachhaltige Energieversorgung. Sieverbindet die Steigerung des Wirkungsgrades der Stromerzeugunginsbesondere im Teillastbereich und schont die Umwelt durchEmissionsfreiheit (Abprodukt nur Wasser). Die Entwicklung undOptimierung von Komponenten und die Senkung der Herstellungskostensowie die Verbesserung der Lebensdauer des Stacks sind die aktuellenHerausforderungen für die Brennstoffzellentechnologie. In diesemZusammenhang ergeben sich für kleine und mittelständische Unternehmenvielfältige Möglichkeiten, an diesem Markt mit hohem Zukunftspotentialteilzuhaben. Das Spektrum reicht dabei von der Bereitstellung typischerDienstleistungsprodukte bis hin zur Entwicklung und Lizenzierung vonspeziellen Produkten und Technologien. In dem im Land Sachsen-Anhaltbestehenden Verbund existiert ein Kompetenzschwerpunkt im Bereich derDiagnose für Brennstoffzellen- und Systeme von der Produktion bis zumBetrieb.
Basierend auf den bisher gesammelten Erfahrungen injahrelanger Forschungstätigkeit im Bereich derBrennstoffzellentechnologie und im Betrieb solcher Anlagen sollen daherausgewählte innovative Diagnoseverfahren und -geräte entwickelt werden.Dies beinhaltet die wissenschaftliche Untersuchung von Verfahren zurOnline-Diagnose und zum Monitoring von Brennstoffzellensystemenverschiedener Technologien.

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Probleme in den Bereichen der Aus- und Weiterbildung erfordern die Erforschung und Erprobung neuer Lehr- und Lernmethoden (z.B. der Bereich des Lernens in virtuellen Umgebungen), die eng mit dem Einsatz computerunterstützter Lernmedien in E-Learning Umgebungen verbunden sind.Es wurde das bereits erfolgreich entwickelte und in der Lehre eingesetzte Projekt RegEn M (Regenerative Energien Multimedial) als Basis für diese Evolution genommen. Ziel dieses Vorhabens ist die Weiterentwicklung eines zusätzlichen experimentellen Moduls mit dem Namen RegEn VL (Regenerative Energien Virtuelles Labor) und die Verbesserung der Lerninhalte des bereits existierenden E-Learning Lernsystems RegEn M . Hier bietet die VRML-Darstellung (Virtual Reality Modeling Language) eine Möglichkeit komplexe Systeme und Systemkomponenten 3-dimensional und interaktiv darzustellen. Mit Hilfe von VRML ist es möglich eine numerische Repräsentation einer 3D Umgebung zu entwickeln, die nahezu real wirkt.

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Seit Oktober 2004 arbeiten 16 Hochschuleinrichtungen, außeruniversitäre Forschungsinstitute und Industrieunternehmen gemeinsam auf den Gebieten Gerätekommunikation, Betriebsführung sowie Energie- und Informationsmanagement zusammen. Unter der Federführung des Instituts für Solare Energieversorgungstechnik an der Universität Kassel (ISET) dient das Projekt dem Erfahrungsaustausch und dem Wissenstransfer. Die Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Energie- und Kommunikationstechnologien zwischen Forschung und Industrie soll dabei verbessert werden. Es sollen Konzepte erarbeitet und Analysen durchgeführt werden. Dazu gehört im Einzelnen:· die Entwicklung von Szenarien einer dezentralen Energieversorgung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien,· die Verbreitung der Ergebnisse aktueller Forschungsprojekte zum Thema Energie und Kommunikation ,· der Aufbau von Beratungskompetenz für Projektinitiatoren, Netzbetreiber und Investoren sowie für die Aufnahme und Wichtung neuer Forschungsvorhaben,· die aktive Öffentlichkeitsarbeit zu den Zielen der BRD und der EU,· die Diskussion zukünftiger nachhaltiger Energieversorgungskonzepte,· die Erarbeitung von Leistungs- und Energiemanagementkonzepten unter Berücksichtigung zukünftiger Randbedingungen.

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Die leitungsgebundenen Störungen, hervorgerufen durch mehrere nichtlineare Lasten mit gepulster Leistungen, breiten sich in elektrischen Verteilungsnetzen aus und interferieren miteinander. Somit entsteht eine stochastische Verteilung dieser Störungen im Netz. Durch Herstellung einer Crossed-Frequency-Admittance (CFA) Matrix kann eine Störquelle mit pulsierender Leistung für die Netzrückwirkungsanalyse in harmonischen Bereich determiniert werden. Im Rahmen dieses Vorhabens soll diese Methode um die Ausbreitungsalgorithmen der leitungsgeführten Störungen in Verteilungsnetzen bei mehreren pulsierenden Lasten erweitert werden. Dabei soll die spektrale Analyse der Knotenpunkt-admittanzmatrix verwendet werden, welche die Bestimmung der empfindlichen Knoten des elektrischen Verteilungsnetzes erlaubt. Somit besteht die Möglichkeit, die leitungsgeführten Störungen in der Netzumgebung der pulsierenden Lasten zu analysieren. Ziel ist es, die Netzanschlussbedingungen und Netzkonfiguration so zu bestimmen, dass eine optimale Anpassung zwischen mehreren Lasten mit pulsierender Leistung (Störquelle) und dem Verteilungsnetz (Störsenke) erreicht wird.

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Heutzutage wird in Deutschland etwa 6 Prozent der elektrischen Energie in Windparks erzeugt und gemäß den geplanten Schritten zum Klimaschutz und wegen der zeitlich begrenzten Verfügbarkeit der fossilen Energievorräte wird dieser Wert weiter ansteigen. Solch ein großer Anteil an dezentraler Erzeugung im Netz erfordert die Untersuchung des Einflusses von Windgeneratoren auf die Netzparameter. Die Untersuchungen werden unter Anwendung von Computersoftware durchgeführt. Auf dem Markt gibt es viele Programme zur Netzanalyse, aber nur wenige ermöglichen Netzberechnungen mit Simulation von Windenergieanlagen. Im Rahmen des Projektes wurde das Modell einer pitchgeregelten Windenergieanlage für das Programmsystem NETOMAC entwickelt. Das Windkraftanlagenmodell wurde mit dem Modell eines doppeltgespeisten Asynchrongenerators gekoppelt. Der doppelt gespeiste Asynchrongenerator ist eine sehr häufig für Windenergieanlagen verwendete Lösung.

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Die sich verknappenden fossilen Rohstoffe erfordern ein Umdenken in der bisherigen Energiewirtschaft. Einer auf regenerativen Energiequellen basierenden Wasserstoffwirtschaft wird derzeit die größte Chance als zukünftige Alternative eingeräumt. Bei dieser Wasserstoffwirtschaft ist das zentrale Glied der Energieumwandlung die Brennstoffzelle, die neben ihren geringen Schadstoffemissionen und ihrem hohen Wirkungsgrad noch weitere Vorteile bietet. Ein Schwerpunkt bei dieser neuen Energiewirtschaft liegt auf der dezentralen Elektroenergieerzeugung um Netzverluste und eventuell notwendige aufwendige Netzerweiterungen zu vermeiden. Die Forschungen im Lehrstuhl Elektrische Netze und Alternative Elektroenergiequellen konzentrieren sich auf eine optimierte Betriebsweise eines Brennstoffzellensystems. Nur die effektive Stromproduktion gerechtfertigt den enormen Aufwand an Investitionen. Die entstehende Wärme ist als Sekundärprodukt zu verstehen, obwohl nur durch ihre effektive Nutzung ein hoher Gesamtwirkungsgrad erreicht werden kann.

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LPQIVES (Leonardo Power Quality und EMC Vocational Education System) ist ein Teil der preisgekrönten Leonardo Power Quality Initiative, mit dem Ziel, Wissen zu verbreiten und ein internationales Zertifikationssystem für Power-Quality-Ingenieure einzuführen. LPQIVES hat als Ziel die Verbreitung des Fachwissens und die Kenntnisgewinnung über Power Quality. Dieses Fachwissen wird durch die PQ Schulungen erlangt, dabei sollen Experten im Bereich Power Quality ausgebildet werden. Die Beglaubigung Power Quality Expert Zertifikat (Stufe 1, 2 und 3) - erfolgt nach dem Abschluß der Schulungen, die mit einem europäischen Zertifizierungssystem bestätigt werden (http://lpqi.org/custom/1036/). LPQIVES bietet eine Reihe von Wissensquellen, angefangen von traditionellen Büchern über Schulungen bis hin zu E-Learning, die genutzt werden können. Die angebotenen Seminare richten sich an Techniker, Elektromeister und Ingenieure, die sich in Ihren Unternehmen mit Aufgaben der Power Quality (PQ) und der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) beschäftigen (Planungs-, Projektierungs- und  Betriebsführung)

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Ziel der Arbeiten ist der Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle als autarke Stromversor-gungseinheit für den transportablen Gebrauch als Netzersatzanlage. Die entnehm-bare elektrische Leistung der autonomen Brennstoffzellenanlage soll ca. 300 W und 230 V betragen. Die Anlage muss weitestgehend autonom arbeiten und lediglich ei-ne Wasserstoffversorgung benötigen. Ein integrierter Batteriespeicher ermöglicht den Betrieb ohne Vorlaufzeit und puffert Lastschwankungen ab.

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Durch die fortschreitende Liberalisierung des deutschen und europäischen Energiemarkts wächst das Interesse an der Nutzung von Blockheizkraftwerken für die dezentrale Energieversorgung. Neben conventionellen, durch Gasturbinen und Gasmotoren angetriebenen Kraftwerken bieten insbesondere Brennstoffzellenkraftwerke mit PEM-Technologie vielseitige Möglichkeiten bei der Nutzung in Verbindung mit dem elektrischen Netz. Die Planung von Brennstoffzellenkraftwerken ist sowohl von dem dynamischen und statischen Verhalten der Brennstoffzelle als auch von der Charakteristik des Netzes mit seinen Verbrauchern abhängig. Die Kennlinie und das Ersatzschaltbild einer Brennstoffzelle werden insbesondere durch die Parameter der Gase Wasserstoff und Sauerstoff oder Luft wie Druck und Feuchtigkeit sowie von den Arbeitstemperaturen des Zellstacks beeinflusst. Das Verhalten der Brennstoffzelle im Netz wird durch die Impedanzen der Leitungen und Verbraucher und der statischen und dynamischen Lasten charakterisiert. Inhalt des Forschungsthemas ist die Untersuchung des Verhaltens einer PEM -Brennstoffzelle in Verbindung mit starken Netzen sowie im Inselbetrieb unter Berücksichtigung der erwähnten Aspekte.

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Im Vergleich zu Niedertemperaturbrennstoffzellen haben Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC) verschiedene Vorteile aufgrund ihrer hohen Betriebstemperatur. Diese hohen Temperaturen ermöglichen die interne Reformierung geeigneter Brennstoffe direkt in der Zelle und zudem befindet sich die Wärme auf einem sehr hohen Temperaturlevel, so dass eine Ankopplung z.B. eine Dampfkreisprozesses die Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie ermöglicht. Jedoch erfordert der Betrieb bei Temperaturen oberhalb von 800°C den Einsatz spezifischer und teilweise sehr teurer Materialien. Es sind deshalb Anstrengungen notwendig, die teuren Materialien durch kostengünstigere Kompositionen zu ersetzen. Innerhalb des erwähnten Projekts werden Materialien untersucht, die einen Betrieb der Zelle bei etwas niedrigeren Temperaturen von etwa 650°C ermöglichen und zudem preiswerter sind.

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Im Mittelpunkt des Projektes befindet sich ein Brennstoffzellensystem kleinerer Leistung, das für die dezentrale Energieumwandlung geeignet ist. In der Regel besteht ein solches System aus einer Vielzahl von notwendigen Einzelkomponenten insbesondere für die Überwachung des Systems als auch für die Bereitstellung der Prozessmedien. Dazu gehören eine geeignete Steuerung sowie Kompressoren, Pumpen und Kühler.Die Auslegung eines solchen Systems konzentriert sich zunächst auf einen störungsfreien Betrieb. Die eingesetzten Komponenten haben handelsüblichen Charakter. Für den optimalen Betrieb von Stack und peripheren Komponenten sind jedoch umfangreiche Untersuchungen notwendig. Einerseits soll das System bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen sicher arbeiten. Andererseits soll dies bei minimalem Energieeinsatz und ausreichender Lebensdauer geschehen.Zudem sind in einem autonomen System die entsprechenden Energieflüsse weitaus schwieriger zu steuern als in einer stationären Anlage mit Verbindung zu größeren Wärme und Stromnetzen.Für die Untersuchungen wurde deshalb ein neuer Ansatz gewählt, denn es werden alle Komponenten, die sowohl den elektrischen als auch den Gesamtwirkungsgrad beeinflussen in den Betrachtungen der Auslegung und Optimierung als ein Gesamtsystem betrachtet.

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Die Aufgabe der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg war eine systemtechnische Studie zum Einsatz der Brennstoffzellentechnologie in den öffentlichen Netzen der elektrischen Energieversorgung. Dabei sollten Modelle für dezentrale Brennstoffzellen-Erzeugungsanlagen verwendet, sowie Einsatzszenarien für diese Betriebsmittel abgeleitet und bewertet werden.Ziel des Vorhabens war es, bezüglich des Elektroenergieversorgungsnetzes kritische Zustände zu ermitteln. Ausgehend von der Vorstellung der gegenwärtigen technischen Bedingungen für den Anschluss von Eigenerzeugungsanlagen nach VDEW und der Diskussion der gegenwärtigen Praxis für kleine BHKW wurde ein Vergleich zu Arbeiten in den USA und der CIGRE durchgeführt. Durch Simulationsrechnungen mit dem Programm NETOMACâ für ein Mittel- / Niederspannungsnetz wurden Lastflussberechnungen über 24 Stunden für typische Lastganglinien durchgeführt. Der Einfluss des Anteils dezentraler Erzeuger auf das Netzverhalten (Lastfluss, Spannungsbänder) wurde analysiert, um die Begrenzungen beim Einsatz von Brennstoffzellen zu erfassen. Hierfür wurden Langzeitmodelle von Brennstoffzellen eingesetzt. Bei der Kurz-schlussberechnung wurden dagegen Kurzzeitmodelle von Brennstoffzellen verwendet.

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Die Freigabe und dadurch entstehende Globalisierung der Energiemärkte hat die Randbedingungen der Netzplanung wesentlich verändert. Es entstehen viele Ungewißheiten, besonders bezüglich der Netzbelastungen, die z.B. auf Grund des gesteuerten Lastflusses (Durchleitungen), bzw. durch einen großen Anteil dezentraler Erzeuger zustande kommen. Die Entwicklung des Energiepreises beeinflußt sehr stark die Entscheidungen über neue Netzinvestitionen. Nichtsdestotrotz muß das Netz für einen Zeithorizont von z.B. 5-20 Jahren weiter geplant werden und die Netzplanung bleibt eine Daueraufgabe jedes EVUs. Um die gegenwärtigen Herausforderungen zu bewältigen müssen neue Methoden entwickelt werden, welche die komplizierten technisch-ökonomischen Zusammenhänge und Abhängigkeiten, sowie die Begrenzungen des Wettbewerbs beschreiben und daraus eine effektive multikriterielle Optimierung bei der Netzplanung ableiten. Die Planungskriterien wie Wirtschaftlichkeit, technische und betriebliche Bedingungen sowie Zuverlässigkeit sollen bei der Optimierung der Netzstrukturen jetzt auch unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen mit dem Energiemarkt betrachtet werden. In dem Vorhaben sollen die Voraussetzungen für den Einsatz der neuen, auf aktuelle Entwicklungen des Energiemarktes reaktionsfähigen Planungsmethode entwickelt und mit Computersimulationen anhand von Beispielen erläutert, verglichen und bewertet werden.

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Die Freigabe und dadurch entstehende Globalisierung der Energiemärkte hat die Randbedingungen der Netzplanung wesentlich verändert. Es entstehen viele Ungewißheiten, besonders bezüglich der Netzbelastungen, die z.B. auf Grund des gesteuerten Lastflusses (Durchleitungen), bzw. durch einen großen Anteil dezentraler Erzeuger zustande kommen. Die Entwicklung des Energiepreises beeinflußt sehr stark die Entscheidungen über neue Netzinvestitionen. Nichtsdestotrotz muß das Netz für einen Zeithorizont von z.B. 5-20 Jahren weiter geplant werden und die Netzplanung bleibt eine Daueraufgabe jedes EVUs. Um die gegenwärtigen Herausforderungen zu bewältigen müssen neue Methoden entwickelt werden, welche die komplizierten technisch-ökonomischen Zusammenhänge und Abhängigkeiten, sowie die Begrenzungen des Wettbewerbs beschreiben und daraus eine effektive multikriterielle Optimierung bei der Netzplanung ableiten. Die Planungskriterien wie Wirtschaftlichkeit, technische und betriebliche Bedingungen sowie Zuverlässigkeit sollen bei der Optimierung der Netzstrukturen jetzt auch unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen mit dem Energiemarkt betrachtet werden. In dem Vorhaben sollen die Voraussetzungen für den Einsatz der neuen, auf aktuelle Entwicklungen des Energiemarktes reaktionsfähigen Planungsmethode entwickelt und mit Computersimulationen anhand von Beispielen erläutert, verglichen und bewertet werden.

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Der Anteil der harmonischen Ströme stieg in den letzten Jahren in den elektrischen Verteilungsnetzen beträchtlich. Die harmonischen Ströme können zur unsicheren Netzführung beitragen und durch Resonanzen Schäden im Netz bzw. in den an das Netz angeschlossenen Geräten verursachen. Das Problem ist noch kritischer, wenn als Störungsquelle Geräte in Betracht gezogen werden, die sehr steile Leistungspulse verursachen. Ein Strompuls besitzt - im Vergleich zu anderen Quellen von Harmonischen - ein solches Spektrum von ausgeprägten Frequenzen, dass die bisherigen Methoden der Netzanalyse in der Niederspannungsebene nur unter Vorbehalt verwendet werden können.
Im Rahmen des Vorhabens sollen Modelle der Netzelemente erarbeitet werden, um die Auswirkungen der o.g. Leistungsstörungen in der näheren Netzumgebung der Quelle zu untersuchen. Durch diese Beschreibung lassen sich die Einflüsse pulsförmiger Leistungsverläufe analysieren und besonders die entstehenden Effekte z.B. Überspannungen, die zur Beschädigung von Geräten bzw. zur falschen Auslösung von Schutzeinrichtungen führen können, modellieren. Anhand von diesen Analysen wird es möglich, die optimale Anpassung zwischen pulsförmiger Stromquelle und dem Netz (Senke) zu erreichen. In der Forschergruppe werden die Ergebnisse des Vorhabens zur Erforschung der Eigenschaften der Senke - Netz - und zur Optimierung der Stromquellen beitragen.

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1. ZielsetzungIm Leitprojekt "EDISON" wird der Einsatz neuer Erzeugungstechniken in elektrischen Energieversorgungsnetzen systemtechnisch untersucht. Dafür werden an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Lehrstuhl Elektrische Netze und alternative Elektroenergiequellen, sowohl für Batteriespeicher als auch unterschiedliche dezentrale Erzeugungseinheiten wie BHKW, Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen und Brennstoffzellen mathematische Modelle für übliche Planungssoftware (z.B. NETOMAC) erarbeitet. Die Modelle sollen jeweils sowohl das Langzeitverhalten (min…d -Bereich) als auch das Kurzzeitverhalten (ms-Bereich) abbilden, so daß sowohl transiente Vorgänge als auch langzeitiges Zusammenwirken der Anlagen mit dem elektrischen Netz untersucht werden können.Mit den Modellen können Einsatzszenarien für diese Betriebsmittel abgeleitet und anhand dynamischer Simulations-rechnungen Standorte der optimalen Netzanbindung, die Optimierung des Netz-betriebs und Netzrück-wirkungen untersucht werden. Die Simulationen werden auf der Basis von Netzausbauszenarien eines ausgewählten zu projektierenden Versorgungsnetzes durchgeführt. 2. ArbeitsprogrammAus von anderen Projektpartnern bereitgestellten Meßdaten und Charakteristika der einzelnen Betriebsmittel werden die Parameter der mathematischen Modelle bestimmt. Hierfür werden zunächst die Strukturen der Modelle festgelegt (Ordnung des Modells, Regelungsmechanismen, notwendige Genauigkeit). Gegebenenfalls werden auch Untersuchungsprogramme erarbeitet, die zur zweckmäßigen Er-gänzung der Datensätze führen. Für jede Anlage teilt sich der Modellbildungsprozess in folgende Abschnitte:1. Überprüfung der Daten und Charakteristika2. Auswahl der Modellbasis und geeigneter Modellierungsverfahren3. Bestimmung der Modellparameter durch Identifikation4. Modellanpassung an die Simulationssoftware, Implementation und Testberechnungen 3. Aktueller Stand der ArbeitenIm Berichtszeitraum wurden zunächst die Charakte ristika der Modelle für die unterschiedlichen Zeitbereiche und unterschiedliche Erzeugungsanlagen und Speicher überprüft. Die Charakteristika der Modelle und der Modellbildungsprozess selbst wurde standardisiert, um ein kompaktes Werkzeug für Netzberechnungen zu schaffen und spezifische Anforderungen der verwendeten Software zu berücksichtigen. Für jedes Modell wurde eine Schnittstelle zum Dezentralen Energie Management System (DEMS) entwickelt, um Netzbetriebsvarianten auch bzgl. der Betriebskosten simulieren und minimieren zu können, da eine Hauptfragestellung des Projektes sich auf die Funktionalität des Netzwerkes und seine Wirtschaftlichkeit bezüglich der Einbindung dezentraler Erzeugungseinheiten bezieht.Zur Erfüllung der o.g. Bedingungen haben die Modelle somit eine dreidimensionale Struktur bekommen: Die Hauptoberfläche des Modells besteht jeweils aus einer physikalischen Modellbeschreibung, die hauptsächlich auf mathematischen Gleichungen basiert und die zentrale Struktur jedes Modells bildet. Das physikalische Modell wird in seine spezifischen Umgebungsbedingungen eingebettet, wie z.B. in die thermischen und elektrischen Anforderungen an eine Haushaltsbrennstoffzelle. Die Umgebungsanforderungen stellen wiederum neue Anforderungen an die Modellstruktur, insbesondere bezüglich der Nachbildung eines Regelsystems. Die physikalische Oberfläche bildet zusammen mit dem Umgebungssystem die zweite Ebene - die interne Betriebsoberfläche der dezentralen Erzeugungseinheit. Die dritte Modelloberfläche - die Schnittstelle zum elektrischen Netz - wird in den meisten Fällen als Wechselrichtermodell zusammen mit einem Netztransformator nachgebildet und schließt damit die Struktur des Langzeitmodells ab.Im Berichtszeitraum wurden einerseits im Vorjahr erstellte Modelle wie das der Brennstoffzellenanlage und der Batteriespeicheranlage erweitert und optimiert, und andererseits Modelle für Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen erarbeitet und implementiert. Alle Mod

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Bei der Planung von Energieversorgungsnetzen geht es darum, Netzstrukturen zu finden, die sowohl heute, als auch über den gesamten Planungszeitraum (z.B. 20 Jahre) eine technikgerechte, zuverlässige und wirtschaftliche Versorgung der Kunden mit Elektroenergie gewährleisten.Neue Randbedingungen in der Planung von Elektroenergieversorgungsnetzen, wie Deregulierung des Energiemarktes, schwacher Lastzuwachs, und eine Globalisierung des Energiemarktes verändern die langfristigen Netzplanungsaufgaben und erschweren ihre Bewältigung mit herkömmlichen Methoden. Die Entwicklung neuer Methoden zur effektiven und optimierten Netzplanung ist notwendig und wird im Projekt vorangetrieben. Bisherige Methoden orientieren sich bzgl. der Optimierungsaufgaben ausschließlich an der Minimierung der Kosten und verwenden technische, betriebliche und Zuverlässigkeitskriterien lediglich als feste Begrenzungen oder Regeln; neue Randbedingungen werden nicht berücksichtigt. Im Projekt wird untersucht, wie das Planungsergebnis sich verhält, wenn die genannten technisch-ökonomischen Zusammenhänge nicht nur als Begrenzungen in die Planung einbezogen werden, sondern als Kriterien betrachtet werden, die gleichzeitig ebenfalls optimiert werden können. Zur Lösung dieser multikriteriale Aufgabenstellung wird auf die Spieltheorie zurückgegriffen, die es ermöglicht, die Kriterien als "Spieler" zu identifizieren und zusammenwirken zu lassen. Das Spielergebnis hängt von der Interaktion und den Zielen der einzelnen Beteiligten ab. Mit Hilfe einer globalen Zielfunktion wird nach einem Optimum im Gesamtergebnis für alle Beteiligten gesucht. Das Zusammenspiel der Kriterien, die durchaus widersprüchlich zueinander sein können, wird während der Planung somit durchsichtig. Es gibt in der Spieltheorie unterschiedliche Arten von Spielen und Spielern sowie verschiedene Strategien für die einzelnen Spieler. Verglichen werden können diese anhand einer Matrix, in welcher die "Gewinne" einzelner Spieler ode r auch kooperierender Spielergruppen dargestellt werden, so daß die für den jeweiligen Zweck optimale Strategie und optimale Kooperationsgruppen im nächsten Schritt weiter verfolgt werden können.Im Projekt wird ein Verfahren für die Planung entwickelt, das die neuen Randbedingungen berücksichtigt und die spieltheoretischen Methoden in Netzplanung und Netzbetrieb umsetzt.

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