e-home Energieprojekt 2020
| Leitung: | EFZN |
| Jahr: | 2010 |
| Förderung: | Avacon AG |
| Laufzeit: | 3 Jahre |
| Ist abgeschlossen: | ja |
Abb. 1.: Beispielhaftes Installationsschema eines Batteriespeichers
Im Forschungsvorhaben e-home Energieprojekt 2020 werden vom Energie-Forschungszentrum Niedersachsen (EFZN) und Avacon gemeinsam die vielfältigen Folgen neuer Komponenten im Niederspannungsnetz analysiert. Die Forschungen werden durch konkrete Verbrauchsdaten aus teilnehmenden Haushalten und netztechnischen Zulieferungen von Avacon unterstützt. Dadurch sind die Arbeiten in diesem Projekt sehr praxisnah.
Das Verbundprojekt startete im Jahr 2010 und war zunächst für eine Laufzeit von zwei Jahren geplant (Phase 1). Im August 2013 einigte sich das EFZN und Avacon auf eine Verlängerung um weitere drei Jahre (Phase 2), somit startete im Sommer 2015 das fünfte Projektjahr. Durch die flexible Gestaltung der Arbeitspakete ließ sich diese Veränderung problemlos in den Projektablauf integrieren. Parallel dazu übergab Professor Lutz Hofmann (Universität Hannover) die wissenschaftliche Projektleitung an Professor Jutta Geldermann (Universität Göttingen). Die Projektkoordination blieb in den Händen des EFZN, jedoch fand auch hier ein personeller Wechsel statt.
Im Zuge der Verlängerung wurde der Fokus der Forschungsarbeiten verschoben. Während in der ersten Phase primär netzplanerische und -technische Fragestellungen untersucht worden sind, verschob sich dies in der zweiten Phase in Richtung Querschnittsforschung. Zusätzlich zur Photovoltaik und den Smart Metern wurde den aus dem Raum Bremen teilnehmenden Haushalten ein Batteriespeicher angeboten. Als weitere neuartige Netzkomponente wurden Elektroautos ins Projekt implementiert. Für die Querschnittforschung ergaben sich durch diese Konstellation neue Fragestellungen. Beim Batteriespeicher standen die Wirtschaftlichkeit, die Akzeptanz durch die Kunden und die ökologische Bewertung im verstärkten Fokus.
Technische Forschung
Mit Hilfe von Speichern ist es möglich, die fluktuierende Erzeugung aus Wind- und Solaranlagen zu verstetigen und so besser an die Verbraucherbedürfnisse anzupassen. Während Batterien bisher nur in Randbereichen der Energieversorgung eingesetzt worden sind (zum Beispiel zur Erzeugung von Notstrom in Krankenhäusern), machten technische Fortschritte die Speichern auch für private Haushalte nutzbar. In Kombination mit einer Photovoltaikanlagen lässt sich so die Eigenverbrauchsquote erhöhen. Die Quote beschreibt den Anteil von solarerzeugtem Strom, der vor Ort genutzt wird und nicht in das öffentliche Netz eingespeist wird. Die technische Einbindung eines Speichers in ein Hausnetz mit einer Photovoltaikanlage ist auf verschiedene Weisen möglich, die von Professor Bernd Engel (TU Braunschweig) näher untersucht worden sind. Eine beispielhafte Installation ist in Abbildung 1 dargestellt. Um die Inselfähigkeit des Systems zu gewährleisten ist der Speicher in Reihe zum Netz geschaltet. Dadurch lässt sich bei diesem Einbau nur ein Gesamtwirkungsgrad von 61 Prozent messen, da der gesamte Strom durch den Wechselrichter geleitet wird.
Erhöht werden kann der Wirkungsgrad bei einer AC-Verschaltung durch Installation per Stichleitung. Auf diese Weise lässt sich der Gesamtwirkungsgrad auf bis zu 72 Prozent erhöhen. Bis zu 94 Prozent sind hingegen möglich, wenn der Speicher per DC-Verschaltung angeschlossen wird. Die Steigerung ist maßgeblich durch die reduzierten Umwandlungsverluste begründet. In allen untersuchten Fällen ließ sich die Eigenverbrauchsquote durch die Installation des Speichers erhöhen, im Einzelnen waren hier Quoten von bis zu 70 Prozent pro Haushalt möglich. Zusatzaufwand das bestehende Netz hinsichtlich der Spannungstoleranzen besser ausgenutzt werden kann. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, die Spannung in lastgeprägten Zeiten an der Ortsnetzstation hochzusetzen, um somit bei überwiegend nichtlinearen Lasten die Netzverluste zu reduzieren. Am Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) der Leibniz-Universität Hannover wurden parallel dazu weitere Optionen analysiert, bei denen durch die simulative Darstellung von Niederspannungsnetzen ebenfalls Maßnahmen zur Reduktion der Netzverluste aufgezeigt werden. Beide Institute werden die Untersuchungen bis zum Projektende fortsetzen, um einen Vergleich der Verluste zu ermöglichen, um zukünftig durch den Einsatz von rONT und einer geeigneten Regelung die Verluste im Niederspannungsnetz zu reduzieren. Neben den Verlusten „hinten dem Zähler“ ging es in der technischen Forschung auch um die Verluste, die im öffentlichen Netz entstehen und wie diese reduzieren werden können. Dazu fanden im Berichtszeitraum verschiedene Untersuchungen und Modellierungen statt. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf den Betriebsverlusten, die durch regelbare Ortsnetztransformatoren (rONT) verursacht werden. Diese Untersuchungen wurden von Prof. Hans-Peter Beck (TU Clausthal) geleitet. Durch alternative Regelungskonzepte (zum Beispiel Monosensorbetrieb mit variabler Sollwertvorgabe in Abhängigkeit der gemessenen Solarstrahlung), kann im Vergleich zum Multisensorbetrieb mit wenig Zusatzaufwand das bestehende Netz hinsichtlich der Spannungstoleranzen besser ausgenutzt werden kann. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, die Spannung in lastgeprägten Zeiten an der Ortsnetzstation hochzusetzen, um somit bei überwiegend nichtlinearen Lasten die Netzverluste zu reduzieren. Am Institut für Elektrische Energiesysteme (IfES) der Leibniz-Universität Hannover wurden parallel dazu weitere Optionen analysiert, bei denen durch die simulative Darstellung von Niederspannungsnetzen ebenfalls Maßnahmen zur Reduktion der Netzverluste aufgezeigt werden. Beide Institute werden die Untersuchungen bis zum Projektende fortsetzen, um einen Vergleich der Verluste zu ermöglichen, um zukünftig durch den Einsatz von rONT und einer geeigneten Regelung die Verluste im Niederspannungsnetz zu reduzieren.
Ansprechpartner Leibniz Universität Hannover
| Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Hofmann | |
| Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Institut für Elektrische Energiesysteme, Fachgebiet Elektrische Energieversorgung | |
| hofmann@ifes.uni-hannover.de |
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