Probleme mit der Netzstabilität bei erneuerbaren Energiequellen: Wie sie gelöst werden können

Angesichts der Notwendigkeit neuer Phasen im Energiesektor kann niemand die Bedeutung der Anpassung unterschätzen. Lange Zeit haben die Netze Strom übertragen, in der Regel aus nicht erneuerbaren Energiequellen wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Die Erzeugung dieses Stroms erfolgt nach einem planmäßigen und zentralisierten System, so dass man erwarten würde, dass die Netzstabilität die meiste Zeit über problemlos erreicht wird. Im Gegensatz zu konventionellen Netzen, bei denen die Energieversorger über Synchrongeneratoren verfügen, um die Stabilität zu gewährleisten, benötigen Netze mit erneuerbaren Energiequellen viel mehr, um die Stabilität im Falle von Unterbrechungen zu gewährleisten.

Verständnis der Netzstabilität

Es ist ganz einfach: In einem Stromnetz muss ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch herrschen. Damit es stabil ist, muss die erzeugte Energie der verbrauchten Energie entsprechen. Daher vertragen sich "unzuverlässige" Energiequellen nicht gut mit herkömmlichen Netzen. Damit ein Stromnetz stabil bleibt, muss es auf Schwankungen bei Spannung und Frequenz reagieren. Angenommen, es wird mehr Strom erzeugt als verbraucht oder es wird mehr Energie aus dem Netz entnommen als erzeugt. In diesem Fall sind vollständige Anpassungen innerhalb eines akzeptablen Zeitrahmens erforderlich, um die Frequenzstörungen und Stromausfälle auszugleichen. Das Gleichgewicht ist das Wichtigste.

Bringen wir die erneuerbaren Energien ins Spiel

Laut einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) wird das Wachstum des Sektors der erneuerbaren Energien zwischen 2019 und 2024 um satte 50 % ansteigen. An der Spitze steht dabei die Photovoltaik, dicht gefolgt von Wind- und Wasserkraftprojekten, die in den letzten vier Jahren so schnell wie nie zuvor in Betrieb genommen wurden. Die Gründe für dieses Wachstum sind die gesunkenen Kosten der Technologien für erneuerbare Energien, die weltweit festgelegten Ziele und die Dekarbonisierungspolitik sowie die zunehmend hohe Stromnachfrage.

Bei der Stromerzeugung mit Solarenergie können die Schwankungen von Energieangebot und -nachfrage an einem bestimmten Ort zu Instabilität in den Netzen führen. Diese Schwankungen sind darauf zurückzuführen, dass die Intensität des Sonnenlichts in einer Umgebung, in der z. B. Häuser mit Sonnenkollektoren stehen, von Zeit zu Zeit variiert. Auch wenn der Übergang zu nachhaltiger Energie noch nicht abgeschlossen ist, gibt es also in Haushalten, Büros oder bei Endverbrauchern Zeiten, in denen nur wenig Strom aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird. Wenn die Netzbetreiber keine angemessenen Maßnahmen ergreifen, kann es auch zu Verschwendung kommen, wenn das Angebot reichlich vorhanden ist.

Auch die Windturbinen, die zur Erzeugung erneuerbarer Energie eingesetzt werden, leisten gute Arbeit. Dennoch stellen die Schwankungen in der Stromerzeugung eine Gefahr für die Stabilität der Netze dar. Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich, für die endgültige Lösungen gefunden werden müssen. Bei diesen Lösungen kann es sich um Speicheroptionen, den Umgang mit Schwankungen und Spezifikationen für bestimmte erneuerbare Energiequellen handeln (z. B. unterscheiden sich Lösungen für die Solarenergie, wenn auch nur geringfügig, von Lösungen für thermische Energiequellen oder Wasserkraft, Windparks und andere).

Was sind die Probleme der Netzstabilität bei erneuerbaren Energiequellen?

Die drei größten Herausforderungen, denen sich die konventionellen Netze bei der Einführung erneuerbarer Energiequellen gegenübersehen, sind

1. Frequenz- und Spannungsanomalien

Die stochastische Natur der Solar- und Windenergieerzeugung macht die erzeugte Frequenz und Spannung bis zu einem gewissen Grad unzuverlässig. Die Wechselrichter sollen die Systemschwankungen bei der Solarstromerzeugung ausgleichen. Sie haben sich jedoch als unzureichend erwiesen, um diese Aufgabe effektiv zu erfüllen. Hinzu kommt, dass die Tageszeit und die Wetterbedingungen die Stromerzeugung ständig beeinflussen. Diese Bedingungen beeinträchtigen den Betrieb der Netze erheblich und bringen sie an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit.

2. Überlastung der bestehenden Übertragungsleitungen

Aufgrund der erhöhten Last während der Spitzenzeiten stehen die bestehenden Übertragungsleitungen vor der Herausforderung, die Kapazitäten an die Zu- und Abflüsse anzupassen. Wenn die Erzeuger ohne Vorwarnung zu viel Strom erzeugen, kann es zu einer Überspannung kommen, und das gesamte System würde abgeschaltet. Eine Übertragungsleitung hat eine bestimmte Kapazität, und wenn diese Grenze überschritten wird, kommt es zu thermischen Belastungen, die zu Schäden führen.

3. Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage

So sehr viele Haushalte, Büros und Gebäude Strom für ihren Betrieb benötigen, so wenig kann er zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Verfügung stehen. Die Produktion erneuerbarer Energie kann zu bestimmten Zeitpunkten sehr hoch sein. Sie kann aber auch unter anderen Bedingungen niedrig sein. Daher kann es sein, dass die erzeugte Energie zum Zeitpunkt des Bedarfs nicht ausreicht oder nicht dem Bedarf entspricht.

Wie sie gelöst werden können

Die Probleme, denen sich die Netze mit erneuerbaren Energiequellen gegenübersehen, sind nicht unüberwindbar. Neue Technologien, die diese Probleme wirksam angehen können, bieten eine Lösung für die entstehenden Herausforderungen. Die Verteilernetzbetreiber können die Netzstabilität wiederherstellen, indem sie Techniken und Technologien anwenden, die eine effektive Anpassung der erneuerbaren Energien im Stromsektor gewährleisten.

1. Einsatz von Energiespeichertechnologien

DieEnergiespeicherung ist eine hervorragende Möglichkeit, die Probleme derNetzstabilität bei erneuerbaren Energien zu lösen. Dabei geht es nicht nur um immobile Lithium-Ionen-Batterien, sondern auch um mobile Batterien. Der Einsatz von "beweglichen" Batterien umfasst die Energiespeicherung in Elektrofahrzeugen mit V2G-Technologie. Die virtuelle Übertragung ist eine der Technologien, die bei speziell konfigurierten Batteriesystemen zum Einsatz kommen. Sie entlasten überlastete Übertragungsleitungen und helfen, die Stabilität der Netze zu erhalten.

2. Implementierung von Smart Grids

Intelligente Netze verfügen über viele Funktionen, die intelligent zusammenarbeiten. Zu den vorteilhaftesten Funktionen, die sich auf die Netzstabilität auswirken, gehören die Steuerungs- und Kommunikationssysteme. Darüber hinaus können die Sensoren Ungleichgewichte in der Stromverteilung erkennen und auswerten. Auf diese Weise wird der Zustand der Anlagen genau überwacht. Auf diese Weise kann die Netzstabilität mit intelligenten Netzen gewährleistet werden, und Hive Power bietet die für diese Umsetzung erforderlichen Technologien.Netzbetreiber müssen das wachsende Problem der zunehmenden Einspeisung erneuerbarer Energien in die Netze stets im Auge behalten und die damit verbundenen Kosten abwägen. Außerdem können die Betreiber Lösungen für Fragen der Netzstabilität und der Einspeisung erneuerbarer Energien finden:

• Installation einer großen Anzahl von Blindleistungskompensationsanlagen und Bau von Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen von den Erzeugungszentren zu den Lastzentren
• Einsatz von konventionellen Lastflussreglern (diese erwiesen sich jedoch als zu langsam, wenn man sie mit der Wachstumsrate der erneuerbaren Energien vergleicht)
• Ein dynamisches Lastflussmanagementsystem (das die beste Option zu sein scheint) findet sich in einem einheitlichen, reaktionsschnellen Leistungsflussregler. Diese Lösung sollte die Stromleitungen innerhalb des n - 1 Kriteriums im Gleichgewicht halten, indem sie sowohl die Serien- als auch die Parallelkompensation verwaltet, wodurch der Strom am Laufen gehalten wird und optimal fließt.

Hive Power - Lösung für die Stabilität des intelligenten Stromnetzes

Unsere Lösungsmodule gehen die Probleme im Zusammenhang mit der Netzstabilität mit KI-gesteuerten Technologien an. Die Flexibility Orchestrator-Module für Netzbetreiber liefern beispielsweise Netzanalysen, verwalten die Flexibilität und optimieren die Stromverteilung in ihren Netzen. Einige der Funktionen umfassen:

• Vorhersage von Energiedaten für die Stromerzeugung und die Lasten - damit wird der Verlauf der Erzeugung auf der Grundlage früherer Vorgänge vorhergesagt, und auch die Anzahl der Lasten kann prognostiziert werden
• Bereitstellung von Analysen für die fortschrittliche Messinfrastruktur (AMI) - Intelligente Zähler können den Energieverbrauch pro Zeit messen, Leistungsfaktoren überprüfen und den Verbrauchern und Erzeugern relevante Daten liefern
• Einsatz von Überwachungsinstrumenten und Gesamtvisualisierung - allgemeine Ansichten vermitteln ein Gesamtbild und ermöglichen eine einfache Überwachung und Erkennung von Fehlern oder Anomalien
• optimale Netzführung durch den Einsatz von Analytik - die gesamten Netzprozesse und -abläufe können systematisch organisiert werden, wenn Analytik alle Daten im Netz sinnvoll interpretiert und kommuniziert
• Präventive Analyse zukünftiger Netzverletzungen: Aus den im Netz verfügbaren Daten und Analysen können Präventivmaßnahmen abgeleitet und umgesetzt werden, um Verstöße zu vermeiden.

Wenn Sie ein Energiedienstleister oder ein Verteilnetzbetreiber sind, können Sie eine Demo mit unserem Team buchen, um zu erfahren, wie Hive Power FLEXO Lösungen Ihre Smart Grid Management Projekte unterstützen können.