Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik

Forschungsbereich Verteilnetze

Viele Experten sind sich einig: „Die Energiewende findet im Verteilnetz statt“. Tatsächlich findet sich die Mehrheit der dezentralen Erzeugungsanlagen auf Niederspannungsebene wieder – und mit dem erwarteten Elektromobilitäts-Boom wird sich durch die Integration der Ladeinfrastruktur weiterhin viel im Verteilnetz bewegen. Die Forschungsgruppe Verteilnetze leistet mit ihren Forschungstätigkeiten einen Beitrag zum stetigen Wandel des Energieversorgungssystems hin zum Smart Grid. Die Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Regionalisierung der Energieversorgung durch Kopplung von Strom-, Gas- und Wärmenetzen sowie der Integration von Erneuerbaren Energien, Batteriespeichern und variablen Verbrauchern, v.a. Elektrofahrzeuge und Smart Homes. Die Kompetenzen im Bereich der simulationsbasierten Systemmodellierung, Netzplanung und Betriebsoptimierung sowie das Knowhow in der Kopplung von Simulation und Hardwareaufbauten werden in verschiedenen Forschungsprojekten und Industriekooperationen fortwährend eingebraucht und vertieft. Vor allem in der Betriebsoptimierung werden die Schnittstellen zur Forschungsgruppe Transportnetze genutzt. Mit Realisierung des Power Hardware-in-the-Loop Aufbaus wird die Schnittstelle zur Forschungsgruppe Komponenten vertieft.

Forschungsschwerpunkte im Bereich Verteilnetze

Selbstlernende Algorithmen zur Optimierung des Energiesystems
Sektorenkopplung

Integration neuer Komponenten in Energieverteilnetze mithilfe von Energiespeichern

 

Selbstlernende Algorithmen zur Optimierung des Energiesystems

Durch die Integration verteilter Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen in zukünftigen Verteilnetze entsteht durch deren Steuerung, sowie die Überwachung des aktuellen Netzzustandes eine große Herausforderung. Skaleneffekte bei Sensorik und verbesserte IT-Infrastruktur ermöglichen es in Zukunft große Mengen an Messdaten aus verschiedensten Datenquellen zu erheben. Diese können sowohl aus verschiedenen Energiesektoren (z.B. Stromnetz, Gasnetz oder Wärmenetz), sowie Einflussfaktoren auf Energieverbrauch und -erzeugung sein (z.B. Verkehrsdaten, Wetterdaten, Bewegungsprofile). Die sinnvolle Nutzung dieser großen Datenmengen erfordert spezielle Algorithmik, die es schafft aus großen Datenmengen sinnvolle Rückschlüsse zu ziehen. Selbstlernende, datenbasierte Verfahren bieten hier die Möglichkeit den Anforderungen an das zukünftige Energiesystem gerecht zu werden. Dabei können diese Methoden Aufgaben, wie die Regelung elektrischer Komponenten (z.B. Batterien oder Transformatoren), die Vorhersage zukünftiger Einspeisung und Verbrauch oder die Schätzung des aktuellen Systemzustands bewerkstelligen.

Ansprechpartner: Steven de Jongh M.Sc.

 

Sektorenkopplung

Im Rahmen der Umsetzung der Energiewende rückt zunehmend eine möglichst regionale Nutzung dezentraler, regenerativer Energiequellen in den Fokus. Dabei ist insbesondere eine gesamtheitliche Betrachtung verschiedener Sektoren der Energieversorgung wie Strom, Wärme und Mobilität von großer Bedeutung, um die angestrebten Klimaschutzziele zu erreichen. Vor diesem Hintergrund soll untersucht werden, wie ein optimierter, gekoppelter Betrieb von Strom- und Gasverteilnetzen oder aber auch Nahwärmenetzen zu einer Regionalisierung der Energieversorgung beitragen kann. Als Kopplungselemente der einzelnen Energieverteilnetze dienen einerseits Power-to-Gas-Anlagen, die überschüssigen Strom in Gas umwandeln, zum anderen aber auch (µ-) Blockheizkraftwerke, deren Betriebspunkt situationsabhängig gesteuert werden kann. Neben der Entwicklung von geeigneten Berechnungsmodellen zur simulativen Untersuchung des gesamtheitlichen regionalen Energiesystems stehen insbesondere mögliche Betriebsstrategien eines optimierten Energiesystems im Fokus der Untersuchungen.

Ansprechpartner: Sina Steinle M.Sc. & Felicitas Müller M.Sc.

 

Integration neuer Komponenten in Energieverteilnetze mithilfe von Energiespeichern

Durch die Energiewende findet eine tiefgreifende Veränderung der Struktur der Energieerzeugung in Deutschland statt. Viele kleine Erzeugungsanlagen wie z.B. PV-Anlagen oder BHKWs kommen hinzu und müssen in das bestehende System integriert werden. Ein großer Teil dieser Anlagen wird in Niederspannungsnetzen angeschlossen. Zusätzlich zur erhöhten Anzahl an Erzeugungsanlagen besteht eine weitere Herausforderung darin, dass die Energieerzeugung in vielen dieser Anlagen durch erneuerbare Energien erfolgt, welche naturgemäß volatil sind. Zukünftige Entwicklungen, wie zum Beispiel der erwartete Anstieg des Anteils von Elektrofahrzeugen im Verkehrssystem, werden zu einer weiteren Erhöhung der Komplexität in Energieverteilnetzen führen. Die Integration all dieser Komponenten in Niederspannungsnetze erfordert eine genaue Modellierung der stattfindenden Leistungsflüsse zur Planung neuer Anlagen und Überprüfung der Einhaltung geltender Vorschriften. Stationäre und mobile Energiespeicher sind eine Möglichkeit die Integration dieser Komponenten zur ermöglichen oder zu vereinfachen. Im Fokus der Forschung zu diesem Thema steht deshalb der Aufbau von Simulationsmodellen zur simulativen Betrachtung von Niederspannungsnetzen und zum optimalen Betrieb von Energiespeichern.

Ansprechpartner: Lukas Held, M.Sc.