Energieversorgungsnetze und Integration Erneuerbarer Energien (SENSE)

Elektrische Komponenten

Im Stromnetz von heute gibt es längst mehr und komplexere Komponenten als nur passive Lasten. Insbesondere der Anteil von "smarten" Geräten nimmt immer weiter zu. Um diese vielfältigen Bedingungen abzubilden, steht im Smart Grid Labor eine Vielzahl von Komponenten zur Verfügung. Diese können in drei Kategorien eingeteilt werden: Einspeisende Komponenten, Lasten und Speicher.

Einspeisende Anlagen

Das Herzstück des Smart Grid Labors sind zwei multifunktionale Umrichter. Diese sind für Leistungen bis 90 bzw. 15 kVA ausgelegt und ermöglichen den Betrieb des Labornetzes mit wählbaren Parametern. Hierdurch können unterschiedliche Situationen z.B. bei der Netzfrequenz, 50 Hertz in Europa oder 60 Hertz in Nordamerika, hergestellt werden, unabhängig vom öffentlichen Stromnetz. Zudem kann die Regelung der Umrichter frei angepasst werden um so das volle Potenzial der Geräte zu untersuchen und neue Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen.

Neben den Umrichtern gibt es zudem Komponenten, welche erneuerbare Einspeisungen wie z.B. Solar- oder Windkraftanlagen abbilden. Mit dem Photovoltaic-Simulator kann z.B. für bestimmte Wetterbedingungen präzise das Einspeiseverhalten von Solaranlagen abgebildet und untersucht werden. Und dies völlig unabhängig von den äußeren Wetterbedinungen. Ähnliches gilt für den Windkraft-Simulator: Hier wird durch einen Motor der Wind nachgebildet, welcher ein 1:1-Modell einer Kleinwindkraftanlage antreibt.

Um auch baulich größere Anlagen im Smart Grid Labor abbilden zu können, stehen Echtzeitsimulatoren und Hardware-in-the-loop-Systeme zur Verfügung. Durch sie können mathematische Modelle dieser Anlagen in Echtzeit berechnet werden und über vorhandene Leistungsverstärker mit dem Labornetz interagieren. So können einzelne Anlagen wie z.B. Transformatoren oder ganze Teilnetze abgebildet werden.

Gesteuerte Lasten

Die Verbraucher werden zukünftig in den Energieversorgungsnetzen wichtige Aufgaben übernehmen müssen, um einen Teil der fluktierenden Erzeugung aus erneuerbaren Energiequellen abzufangen. Daher wird ihnen imSmart Grid Labor besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Die vorhandenen Lasten können hierbei verschiedene Lastgruppen abbilden. Dies betrifft zum einen den Bereich privater Haushalte – dargestellt durch den Geräteaufbau für sowohl ein Ein- als auch ein Mehrfamilienhaus.

Zum anderen wird der Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistung durch eine Simulationseinheit für ein Kleingewerbe adressiert. Umgesetzt wird dies durch programmierbare elektronische Lasten. Die Erforschung zur Integration von Elektrofahrzeugen und Ladeinfrastrukturen in Niederspannungsnetzen wird neben dem bereits beschriebenen V2G-Batterie-Teststand über eine separateLadestation für Elektrofahrzeuge erfasst.

Speicher

Energiespeicher sind ein bedeutender Punkt in Netzen mit erneuerbaren Energien. Sie werden benötigt, um die nicht genau vorhersagbaren Einspeisungen z.B. aus Solar- oder Windkraftanlagen auszugleichen. Zudem können sie genutzt werden, um die Energie in Zeiten hoher Erzeugung zu speichern und diese in Zeiten hohen Verbrauchs wieder abzugeben.

Ein klassischer Speicher sind Batterien. Entsprechend verfügt das Smart Grid Labor über einen Batterieteststand. In diesem können verschiedene Batterien an das Labornetz angeschlossen und untersucht werden. Zudem kann im Teststand die Umgebungstemperatur eingestellt werden. Auf diese Weise können verschiedene Einsatzbedingungen (z.B. winterliche Minusgrade oder hohe Temperaturen innerhalb eines Maschinenraus) realisiert werden.

Neben der Batterie ist zudem ein SuperCap vorhanden. Hiermit ist ein sehr leistungsfähiger Kondensator gemeint. Während Batteriespeicher hohe Energie speichern können, ist deren Leistung oft begrenzt. Der SuperCap ergänzt hier mit seinen Eigenschaften, denn er besitzt eine hohe Leistungsdichte. Zeitgleich ist jedoch die gespeicherte Energiemenge begrenzt. Er dient daher eher als Kurzzeitspeicher. Solche Kurzzeitspeicher kommen insbesondere bei der Spannungs- und Frequenzstabilisierung zum Einsatz.

Zusätzlich zu einzelnen Speichern, werden auch die Batterien in Elektrofahrzeugen als potenzielle Speicher betrachtet. Hierzu stehen im Smart Grid Labor verschiedene Lademöglichkeiten - vom Elektrofahrrad bis zum Elektrotransporter - zur Verfügung. Dies ermöglicht die realistische Untersuchung vieler Fragen im Gebiet der Elektromobilität und deren Auswirkungen auf die Energieversorgungsnetze.