Netzregelung 2.0: Verbundprojekt zur Regelung und Stabilität im stromrichterdominierten Verbundnetz

19.4.2018

Bislang sorgen vor allem die Synchrongeneratoren von Großkraftwerken dafür, dass die Anforderungen an Frequenz und Spannung im Stromnetz eingehalten werden. Mit der Energiewende werden die Kraftwerke jedoch mehr und mehr durch Erzeugungsanlagen ersetzt, die mit Stromrichtern an das elektrische Netz gekoppelt sind. Im Forschungsprojekt „Netzregelung 2.0“ untersuchen Forschungsinstitute, Hersteller, Netzbetreiber, das Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE, und weitere Partner jetzt, unter welchen Bedingungen auch bei einer sehr hohen Einspeisung durch Stromrichter ein sicherer und stabiler Netzbetrieb gewährleistet ist und insbesondere Stromrichter netzbildende Funktionen übernehmen können.

Netzregelung 2.0: Verbundprojekt zur Regelung und Stabilität im stromrichterdominierten Verbundnetz
© Fraunhofer IEE | pexels
Netzregelung 2.0: Das Verbundprojekt zur Regelung und Stabilität im stromrichterdominierten Verbundnetz wurde im März 2018 gestartet
© Fraunhofer IEE

Die Ergebnisse des Verbundprojekts „Netzregelung 2.0“ zur Regelung und Stabilität im stromrichterdominierten Verbundnetz sollen zur Weiterentwicklung von Anwendungsregeln beitragen. Gefördert wird das Verbundvorhaben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund 10 Millionen Euro. Die Koordination des Projekts liegt beim Fraunhofer - Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE (ehemals Fraunhofer IWES in Kassel).

„Wir sind überzeugt, dass sich das Verbundnetz – und im Störfall genauso Teilnetze – auch mit sehr hohen Stromrichter-Anteilen stabil halten lässt. Dafür bedarf es jedoch geeigneter Regelungsverfahren. Unsere Aufgabe ist es, die Anforderungen an diese Verfahren auf wissenschaftlicher Basis zu definieren, damit sie zukünftig als Grundlage für einen sicheren und stabilen Systembetrieb dienen können“, erklärt Projektleiter Dr. Philipp Strauß, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer IEE in Kassel. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Erarbeitung eines sicheren Transformationspfades. „Neue Technologien müssen nahtlos in bestehende Netzregelungsverfahren eingebunden werden. Es gilt, den Übergang so zu gestalten, dass das entstehende System mindestens genauso stabil ist wie das derzeitige“, sagt Strauß.

Neben dem Fraunhofer IEE beteiligen sich an dem Vorhaben die Technische Universität Braunschweig und die Universität Kassel, der Verteilnetzbetreiber EWE NETZ GmbH, die innogy SE Gruppe mit den angeschlossenen Verteilnetzbetreibern Westnetz GmbH und Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH, die Stromrichterhersteller und Systemanbieter SMA Solar Technology AG und Siemens AG, die European Distributed Energy Ressources Laboratories (DERlab e.V.) für die internationale Vernetzung, die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), die vier Betreiber des deutschen Übertragungsnetzes sowie das Forum Netztechnik und Netzbetrieb (FNN) im VDE als die Netzanschlussregeln definierende Institution. Im Projekt sind Vertreter aller Akteursgruppen vertreten, die dieses Thema betrifft. Das ist eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg unserer Arbeit“, erklärt Strauß. „Netzregelung 2.0“ startete mit einem Kick-Off-Workshop im März 2018 in Kassel. Das Projekt hat eine Laufzeit von vier Jahren.

Kontinentaleuropäisches Verbundnetz im Blick

Stromrichter, wie sie beispielsweise in Windenergie- und Photovoltaikanlagen sowie Speichersystemen zum Einsatz kommen, sind in der Lage, mit neuen Regelungsverfahren einen stabilisierenden Beitrag für das Stromnetz zu leisten. Dieser stabilisierende Beitrag wird heute überwiegend von den Synchrongeneratoren der klassischen Kraftwerke erbracht. Allerdings fehlt noch der Nachweis, welche Eigenschaften in welchem Maße unter welchen Bedingungen für die Gewährleistung eines stabilen Systemverhaltens benötigt werden. Diese Lücke soll das Forschungsprojekt schließen.

Zudem soll das Projekt einen Beitrag leisten, wie diese Anforderungen künftig in den technischen Anwendungsregeln für Erzeugungsanlagen abgebildet werden können. Bei all dem berücksichtigen die Projektpartner auch die internationale Perspektive – schließlich ist das deutsche Stromnetz in das kontinentaleuropäische Verbundnetz eingebettet.

Zusammenspiel von Stromrichtern und Synchrongeneratoren

„Konkret untersuchen wir unter anderem, wie Stromrichter mit den geforderten Eigenschaften sowohl räumlich als auch bezogen auf die einzelnen Spannungsebenen und Erzeugungstechnologien verteilt sein müssen“, präzisiert Prof. Dr. Bernd Engel von der TU Braunschweig die Forschungsinhalte des Projekts und nennt weitere Forschungsfragen: „Welche Rolle spielen zukünftig die verschiedensten Speicher, von der kleinen Batterie in der häuslichen Photovoltaik-Anlage bis hin zu großen Speichern im Megawattbereich zur Regelleistungserbringung? Wie können Zielkonflikte zwischen den verschieden Netzfunktionen der Stromrichter gelöst werden?“

Ein zentrales Thema ist dabei das Zusammenspiel von Stromrichtern und Synchrongeneratoren. So analysieren die Partner, in welcher Kombination und auf welcher Spannungsebene Synchrongeneratoren sowie stromeinprägend geregelte oder spannungseinprägend geregelte Stromrichter nötig bzw. zulässig sind, um die Systemstabilität zu wahren. Zudem bewerten die Experten die Spannungsqualität in den verschiedenen Arbeitspunkten des zukünftigen Systems vor dem Hintergrund, dass der Anteil der Synchrongeneratoren mit dem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien immer stärker variieren wird. In diesem Kontext untersuchen die Fachleute auch, welche Robustheitsanforderungen sich daraus für die spannungseinprägenden Regelungen ergeben.

Nicht zuletzt befassen sie sich auch mit der Frage, inwieweit ein stabiles Systemverhalten auch bei einer vollständig umrichterbasierten Erzeugung möglich ist. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag, die deutschen Klimaschutzziele zu erreichen. Auch das Erstellen von Aufwands-Nutzen-Analysen sowie das Erarbeiten einer Einführungsstrategie gehören zu den Aufgaben der Forschungspartner.

Fachansprechpartner Projekt „Netzregelung 2.0“:

Dr. -Ing. Philipp Strauß, Projektkoordinator
Fraunhofer IEE, stellv. Institutsleiter,
Geschäftsbereichsleiter Energiesystemtechnik
philipp.strauss@iee.fraunhofer.de | Telefon 0561 7294-144

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel
Technische Universität Braunschweig, Institutsleiter
Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen – elenia
bernd.engel@tu-braunschweig.de | Telefon 0 531 391 7740
www.tu-braunschweig.de/elenia