Versorgungssicherheit: Forschungsprojekt untersucht Ansätze zur Netzstabilisierung durch Stromrichter

© Adobe Stock / FotoliaKassel - Mit dem zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien steigen die Anforderungen für einen sicheren Betrieb des Verteilnetzes. Ein aktuelles Forschungsprojekt geht der zentralen Frage nach, wie der Verteilnetzbetrieb mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien und netzbildenden Stromrichtern organisiert werden kann.

Gemeinsam mit Netzbetreibern sollen in dem Forschungsprojekt „Verteilnetz 2030plus“ die kritischen Aspekte des zukünftigen Verteilnetzbetriebs, das sich durch einen hohen Anteil an dezentralen erneuerbaren Energien und netzbildenden Eigenschaften auszeichnet, mit dem Fokus auf Stabilitätsfragen identifiziert und Lösungen entwickelt werden. Durchgeführt wird das Projekt vom Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IEE) mit weiteren Partnern.

Entwicklung von Lösungen für den robusten Einsatz auf der Agenda
Mit Fortschreiten der Energiewende hängt die Resilienz des Stromsystems zunehmend vom Verteilnetz ab. Statt der Synchrongeneratoren von Großkraftwerken im Übertragungsnetz müssen künftig vor allem die netzbildenden Stromrichter der Batteriespeicher, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen in den unteren Netzebenen für die nötige Trägheit -und damit Stabilität im System sorgen. Das Fraunhofer IEE in Kassel entwickelt daher in dem Verbundprojekt „Verteilnetz 2030plus - Sicherer und stabiler Betrieb des stromrichterdominierten Verteilnetzes“ zusammen mit der TU Braunschweig, der SMA Solar Technology AG sowie weiteren Partnern Lösungen und Produkte, mit denen sich die Netze mithilfe der Stromrichter auch nach dem Abschalten von Atom- und Kohlekraftwerken sicher betreiben lassen.

Besonderes Augenmerk legen die Forscher auf die dynamischen Wechselwirkungen, die durch den netzbildenden Betrieb zwischen den Stromrichtern im Verteilungsnetz entstehen können. Auch mögliche Interaktionen mit der Schutztechnik und Betriebsmitteln im Verteilnetz nehmen die Wissenschaftler in den Fokus.

Das Vorhaben zielt vor allem darauf, Instrumente für die dynamische Simulation und Analyse von Verteilnetzen zu erstellen sowie die Entwicklung netzbildender Stromrichter voranzubringen. Darüber hinaus bereiten die Partner im Rahmen des Projektes Feldtests vor, die dann in einem Anschlussprojekt durchgeführt werden sollen.

Ziel: Forschungsergebnisse in die Produktentwicklung überführen
Ein Schwerpunkt des Projektes liegt darauf, die bisherigen Konzepte zum Schutz der Verteilnetze mit Blick auf die zunehmende Installation von netzbildenden Stromrichtern zu prüfen. Zudem untersuchen die Partner, wie sich in den Verteilnetzen die nötigen Kapazitäten für die Aufnahme netzbildender Stromrichter schaffen lassen. Darüber gehen die Experten der Frage nach, wie sich netzbildende Stromrichter einsetzen lassen, um bei einer Störung im Höchst- oder Hochspannungsnetz in den darunterliegenden Ebenen Teilnetze zu bilden - etwa um bei einer Naturkatastrophe einzelne Netzgebiete weiter mit Strom versorgen zu können.

Nicht zuletzt ist es Ziel des Forschungsprojektes, die gewonnen Erkenntnisse in die Produktentwicklung zu überführen, Systemlösungen zu erarbeiten und diese zu erproben. Die SMA Solar Technology AG übernimmt dabei die Entwicklung der Prototypen.

BMWK unterstützt Projekt mit 2,6 Mio. Euro
Das Kick-off-Treffen des Forschungsprojekt „Sicherer und stabiler Betrieb des Stromrichter-dominierten Verteilnetzes – VN2030plus“ fand im Juni 2023 statt. Leitung und Koordination liegen in den Händen des Fraunhofer IEE. Ein Steuerungskreis aus Vertretern von Verteil- und Übertragungsnetzbetreibern sowie von Herstellern aus dem Bereich Netz-Systemtechnik begleitet die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) mit rund 2,57 Mio. Euro gefördert.