24.02.2021 | Kategorien TEC News

Suche nach praxistauglichen Lösungen für Inselnetze

Hochschulen Reutlingen und Biberach kooperieren im Forschungsverbund mit Unternehmen und Instituten

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Im Forschungsverbund mit Unternehmen und Instituten: Hochschulen Reutlingen und Biberach kooperieren bei der Suche nach praxistauglichen Lösungen für Inselnetze

Welche Möglichkeiten der nachhaltigen Energieversorgung lassen sich für abgeschiedene Landstriche überall auf der Welt entwickeln? In einem Forschungsprojekt entwickelt die Hochschule Reutlingen gemeinsam mit der Hochschule Biberach (HBC) und verschiedenen Partnern aus Industrie und Wissenschaft Inselnetze und Lösungen aus erneuerbaren Quellen für netzferne Gebiete. Beide Hochschulen sind Wegbereiter und Vorreiter für diese Art von Anlagen und leisten dadurch einen großen Beitrag zur nachhaltigen Weltentwicklung.

Beispiele dafür gibt es zwar bereits, etwa die Karibikinsel St. Eustatius oder Bonaire, eine Insel in den niederländischen Antillen, die mithilfe von Erneuerbaren Energien wie Wind oder Sonne und jeweils einem Batteriespeicher autark versorgt werden. Mit dem aktuellen Projekt „PV-Diesel-Global“ wollen die Entwickler um Volker Wachenfeld, Professor für Netzintegration erneuerbarer Energien und Energiespeicher an der HBC, die bisherigen Möglichkeiten jedoch weiter ausbauen und verbessern. Konkret wollen die Beteiligten des Forschungsverbundes Hybridsysteme entwickeln, die sie mit verschiedenen Erzeugern von elektrischer Energie koppeln können. Für das Projekt konnte Wachenfeld zusammen mit dem Unternehmen SMA Solar Technology Kassel, wo er vor seinem Ruf an die HBC tätig war, Partner aus dem deutschlandweiten Netzwerk gewinnen. Neben dem Biberacher Institut für Gebäude- und Energiesysteme gehören dem Verbund die Hochschule Reutlingen an, das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) in Kassel sowie neben SMA (Photovoltaik-Systemtechnik) die Unternehmen Enercon Aurich (Windanlagen) DUTrain (Training Netzleitwartenpersonal) und Tesvolt Lutherstadt (Energiespeicher).

Für das Projekt hat der Forschungsverbund eine Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie von insgesamt 2,8 Millionen Euro aus dem 7. Energieforschungsprogramm erhalten. Auf die HBC entfallen rund 300 000 Euro; mit diesem Budget wird das Team von Volker Wachenfeld untersuchen, unter welchen Bedingungen ein Konzept mit Gleichspannungskopplung auch bei verteilter Erzeugung umsetzbar ist. Dafür wollen sie zwei unterschiedliche Systemarchitekturen aufbauen: direkt über eine gemeinsame Gleichstromschiene oder indirekt über ein Standard-Wechselspannungsnetz.

Die Herausforderung: PV-Module produzieren nur Strom, wenn die Sonne scheint, Windräder nur, wenn der Wind ausreichend stark weht. Laufen sie bei passenden Bedingungen auf Hochtouren, müssen die Überschüsse aus der Erzeugung gespeichert oder umverteilt werden. Nicht überall jedoch stehen dafür ausreichend starke Verbundnetzwerke zur Verfügung wie wir es in Europa kennen, so Wachenfeld.

Mit der SMA Solar Technology verbindet beide Hochschulen eine langjährige intensive Zusammenarbeit, insbesondere im Bereich Hybridsysteme. „Die Entwicklung einer ökonomisch attraktiven und nachhaltigen Energieversorgung in ablegenden Regionen mithilfe von neuester Technik in Photovoltaik, Energiespeicher und Windkraftanlagen ist unser Ziel“, beschreibt Professor Dr.-Ing. Antonio Notholt, an der Hochschule Reutlingen der Spezialist für Regelungstechnik im Bereich Mechatronik sein Arbeitsgebiet. Da das Projekt noch ganz am Anfang stehe, würden zunächst Rahmenbedingungen und erste Konzepte erarbeitet, damit schon die nächste Generation von Inselsystemen davon profitieren kann.

Gemeinsam mit dem Projektpartner IEE wird die Hochschule Biberach zudem ein geeignetes Setup für den Netzschutz konzipieren, das den stabilen und wirtschaftlichen Betrieb von hybridisierten Inselsystemen auch bei verteilter Einspeisung ermöglicht. Mit der Dezentralisierung der Energieversorgung durch Erneuerbare Energien sei der Netzschutz zwar bereits in der Diskussion, jedoch würden derzeitige Netzschutzlösungen in der Regel auf einem unidirektionalen Lastfluss vom Kraftwerk zum Verbraucher basieren, erläutert Professor Volker Wachenfeld. Der Forschungsverbund wolle die für das Inselnetz zu erwartenden Probleme eingrenzen und gefundene Lösungen validieren. Dafür werden IEE und HBC Simulationsumgebungen aufbauen, in denen moderne Netzschutzkonzepte bei verteilter Erzeugung ausgelegt und getestet werden können. Dabei wird das IEE den Fokus stärker auf die Simulation mit Software-Tools legen, während die HBC diese Simulationsergebnisse in einer realitätsnahen Umgebung untersuchen wird.

Die Inselnetze werden die Biberacher ForscherInnen im Smart Grid-Labor abbilden. Dafür wird das Labor zunächst um weitere Erzeuger aufgerüstet, um den spezifischen Anforderungen gerecht zu werden. „Wir bieten mit unserem Labor hervorragende Bedingungen für eine praxisnahe Simulation der Zustände im Netz bei einem hohen Anteil erneuerbarer Einspeisung“, so Professor Wachenfeld, der in den Studiengängen Energie-Ingenieurwesen und Energie- und Gebäudesysteme lehrt. Das aktuelle Projekt biete nun ideale Voraussetzungen dafür, die Ausstattung an die sich stets weiterentwickelnden Anforderungen einer dezentralen Energieversorgung anzupassen und den Bachelor- wie Master-Studierenden so „Wissen auf der Höhe der Zeit zu vermitteln“.

Und welcher abgelegene Landstrich könnte die geografische Grundlage für das Forschungsvorhaben darstellen? Dies sei noch nicht entschieden, so der Wissenschaftler, der das Wunschbild des Forschungsverbundes dafür so beschreibt: ein abgelegenes Versorgungsgebiet, beispielsweise eine Insel, auf der Erzeugung aus Wind, Sonne, eventuell auch aus Wasserkraft, an verschiedenen Orten und zu unterschiedlichsten Zeiten zur Verfügung steht. Diese Vielschichtigkeit sei elementar für die Untersuchungen, so Wachenfeld, „denn die Energieversorgung von morgen muss dezentral und erneuerbar sein,“ beschreibt der Wissenschaftler seine Überzeugung.