Blindleistungsmanagement als Netzoptimierende Maßnahme

Veröffentlicht am 09.01.2017

Im Rahmen des Projektes MONA (Merit Order Netz-Ausbau 2030) werden Maßnahmen und Technologien zur Netzoptimierung, speziell im Hinblick auf die Einspeisung hoher Anteile erneuerbarer Energien in die Übertragungs- und Verteilnetze untersucht. Das Blindleistungsmanagement stellt eine Möglichkeit zur Netzentlastung dar, wobei sich vor allem auf der Verteilnetzebne durch eine Vielzahl von umrichtergekoppelten Anlagen neue Potenziale ergeben.

Die im Zuge der Energiewende umzusetzende Neustrukturierung der Energielandschaft führt zu einem Anpassungsbedarf der Blindleistungsbetrachtung: Zentrale Kraftwerksanlagen auf der Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsebene werden nach und nach durch dezentral verteilte Erzeugungsanlagen v. a. auf Mittel- und Niederspannungsebene ersetzt.

Diese weisen eine geographische Zugehörigkeit auf, da Windkraftanlagen im Norden und Osten, Photovoltaikanlagen hingegen vornehmlich im Süden von Deutschland installiert sind. Zudem erfordert der planmäßige Ausbau des Stromnetzes Anpassungen, da dieser den Blindleistungshaushalt nachhaltig beeinflusst.

Im Projekt MONA 2030 erfolgt die Untersuchung der Blindleistungsbereitstellung primär auf der Verteilnetzebene, wodurch viele Komponenten bzw. Netzoptimierende Maßnahmen (NoM) in der Analyse integriert sind: Quartierspeicher, Hausspeicher, E-Fahrzeuge, Wärmepumpen (drehzahlgesteuert) sowie die Wechselrichter von PV-Anlagen.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, den Umrichtern verschiedene Regelungen hinsichtlich deren Blindleistungsverhalten vorzugeben. Unter Anwendung des FfE-Netz-Simulationstools GridSim erfolgt die Untersuchung der folgenden Regelungen:

  • Konstanter cos phi bzw. kein Blindleistungsverhalten
  • cos phi (P_Komponente) – Regelt Blindleistung in Abhängigkeit der Wirkleistung der Komponente
  • cos phi (U_Netzanschlusspunkt) – Regelt Blindleistung in Abhängigkeit der Netzspannung
  • Q (U_Netzanschlusspunkt) – Blindleistungsbereitstellung unabhängig vom Wirkleistungsverhalten der Komponente in Abhängigkeit zur Netzspannung

Die Integration verschiedener Komponenten in ein koordiniertes Blindleistungsmanagement bietet dabei vielfältige Potenziale, wobei der lokalen Spannungshaltung (vgl. Abbildung 1) die wichtigste Aufgabe zugewiesen wird:

Beitrag zur lokalen Spannungshaltung

  • Reduzierung der Übertragungsverluste durch Blindleistungskompensation
  • Erhöhung der Übertragungskapazität von Netzbetriebsmitteln durch Blindleistungskompensation
  • „Blindleistungsautarke“ Spannungsebenen möglich
  • Kombination mit anderen spannungshaltenden NoM (rONT, Längsregler) als weitere Option

Die folgende GridSim-Auswertung vergleicht die verschiedenen Regelungsarten für ein exemplarisches MONA-Typnetz hinsichtlich deren Möglichkeit zur Spannungshaltung. Dabei zeigt sich, dass die wirkleistungsunabhängige Q(U)-Regelung den größten Einfluss auf die Spannungshaltung aufweist. Zum Vergleich ist noch der Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators dargestellt.
 

Auswirkungen Blindleistungsregelungen Spannungshaltung

Abbildung 1: Auswirkung der verschiedenen Blindleistungs-Regelungen auf die Spannungshaltung

Neben diesem technischen Potenzial hat Blindleistungsmanagement durch umrichtergekoppelte Anlagen keinerlei negativen Einfluss auf die Umwelt und erreicht dadurch eine gute Akzeptanz. Die Implementierung eines koordinierten Blindleistungsmanagements benötigt einen vermehrten Aufwand an Informations- und Kommunikationstechnologie, wobei die Nutzung des Rollouts von intelligenten Messsystemen zu empfehlen ist. Hierdurch ergibt sich für die Erschließung ein wirtschaftlich geringer Aufwand.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass es sehr vielfältige Möglichkeiten gibt, zukünftig Blindleistung bereitzustellen: Auf Übertragungsnetzebene können neben den Umrichterstationen der HGÜ-Trassen die konventionellen Kraftwerke zum Phasenschieberbetrieb umgerüstet werden. Die niedrigeren Spannungsebenen verfügen im Jahr 2030 potenziell über eine große Anzahl an Erzeugern, Verbrauchern und Speichern, welche theoretisch die Fähigkeit besitzen, an einem koordinierten Blindleistungsmanagement teilzunehmen.