Mitgliederinformation 1/2016 - VDE
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
ETG
Energietechnische
Gesellschaft im VDE (ETG)
Mitgliederinformation 1/2016
ETG-Award für Prof. Dr.-Ing. Jochen Kreusel
2 INHALT ETG-Mitgliederinformation 1/2016
EDITORIAL I 3 E5 Aktuelles aus den Fachbereichen/Fachausschüssen/
Task Forces...........................................................................34
E5.1 Tätigkeitsbericht Fachbereich V1
„Zentrale und dezentrale Erzeugung“..........................34
EDITORIAL II 4
E5.2 Bericht des Fachbereiches V2
„Übertragung und Verteilung elektrischer Energie“......34
E5.3 Tätigkeitsbericht Fachbereich A2
T : TECHNIK UND TRENDS 5 „Bahnen mit elektrischen Antrieben“...........................35
E5.4 Tätigkeitsbericht Fachbereich Q2
T1 Analyse von Risiken für die Systemsicherheit und „Werkstoffe, Isoliersysteme, Diagnostik“.....................36
mögliche Gegenmaßnahmen während der
E5.5 ETG Fachbereich Q3 und ITG Fachausschuss 9.5
Sonnenfinsternis 2015............................................................5
„Kontaktverhalten und Schalten“................................36
T2 Verteilung elektrischer Energie mit Mittelspannungs- E5.6 Statusbericht ETG Task Force
gleichstromnetzen..................................................................7 „Perspektiven der Übertragungstechnik“....................39
T3 Tiefseespeicherkraftwerke – ein wichtiger Baustein E5.7 Aktuelles aus der Task Force
der Energieversorgung der Zukunft........................................9 „Schutz- und Automatisierungstechnik“......................39
E6 ETG-Preise............................................................................40
E6.1 ETG Award Prof. Kreusel............................................40
G : GRUNDLAGEN DER ELEKTRISCHEN ENERGIETECHNIK 11 E6.2 ETG Literaturpreis.......................................................41
E6.3 Herbert-Kind-Preis......................................................44
G1 Elektrische Antriebe für hybride und vollelektrische
Fahrzeuge, Teil 2...................................................................11
V : NEUE VERÖFFENTLICHUNGEN 46
H : HISTORIE DER ELEKTROTECHNIK 15 V1 Instandhaltung –
Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze..................46
H1 Physik und Technologie der Quecksilberdampfventile
V2 Regionales Virtuelles Kraftwerk auf Basis
für die HGÜ...........................................................................15
der Mini- und Mikro-KWK-Technologie................................47
V3 Netzstationen –
Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze..................47
I : AUS DER INTERNATIONALEN ARBEIT 19
I1 Aktuelle Informationen aus dem DK der CIGRE...................19
L : LESERFORUM 47
I2 Aktuelles aus CIRED.............................................................20
L1 Leserbrief von Kristian Roßberg zu:
ETG Mitgliederinformation Nr. 2 Juli 2015............................47
F : FNN AKTUELL 21 L2 Stefan Fassbinder zu Beitrag L2 in der MI 2015-2 ..............48
F1 Aktuelles aus dem FNN........................................................21 L3 Antwort von Martin Kleimaier auf den
Leserbrief L2 von Stefan Fassbinder................................... 49
L4 Antwort von Stefan Fassbinder............................................50
E : ETG AKTUELL 25
L5 Leserbrief von Helmut Alt zu dem Beitrag L1
E1 ETG Vorstandswahl 2016 von Stefan Fassbinder..........................................................50
für die Amtsperiode 2017-2019............................................25
L6 Antwort von Rainer M. Speh auf den
E2 Bericht von der ETG-Mitgliederversammlung Leserbrief von Helmut Alt.................................................... 50
am 18. November 2015, Bonn..............................................25
L7 Antwort von Helmut Alt an Rainer M. Speh..........................51
E3 Vorschau ETG-Veranstaltungen............................................26
L8 Antwort von Rainer M. Speh auf den
E3.1 CIPS 2016..................................................................26
Leserbrief von Helmut Alt.....................................................51
E3.2 Life Needs Power.......................................................27
E3.3 Arbeiten unter Spannung............................................27 L9 Leserbrief von Helmut Alt an Rainer M. Speh.......................51
E3.4 Schutz- und Leittechnik 2016.....................................28
L10 Leserbrief von Prof. Ekkehard Kuhnert.................................52
E3.5 Hochspannungstechnik 2016.....................................28
L11 Antwort von Rainer M. Speh an Ekkehard Kuhnert..............52
E4 Rückblick ETG-Veranstaltungen...........................................29
E4.1 Elektrische Fahrzeugarchitektur..................................29 L12 Leserbrief von Ekkehard Kuhnert an Rainer M. Speh...........52
E4.2 Stromspeicher und Power-to-Heat –
L13 Antwort von Rainer M. Speh an Ekkehard Kuhnert............. 53
Konkurrenz oder Koexistenz?.....................................30
E4.3 Internationaler ETG Congress 2015............................32 L14 Antwort von Ekkehard Kuhnert an Rainer M. Speh..............53
ETG-Veranstaltungskalender 2016 55
Foto Titelseite: Arndt Zimmermann, VDE
ETG-Mitgliederinformation 1/2016 EDITORIAL I 3
Prof. Dr.-Ing. Rainer M. Speh,
Siemens Ltd.,
Vorsitzender der Energietechnischen
Gesellschaft (ETG)
Liebe ETG-Mitglieder,
in der letzten ETG-Mitgliederinformation hat sich Wolfgang Glaun- gress vornehmlich in englischer Sprache mit deutscher Simultan-
singer mit einem eigenen Editorial zum 30. September 2015 in übersetzung durchgeführt. Dieser Umstand und das neue Format
den wohlverdienten Ruhestand verabschiedet. Wir haben ihn am mit vier seriellen Sitzungen mit Unterbrechungen für verschiedene
17. September 2015 im Rahmen seiner Ausstandsfeier gebührend Foren und die Postersessions sind überwiegend gut angekom-
verabschiedet. In den stürmischen Zeiten der Energiewende hat men. Es ist aber nicht zu leugnen, dass wir sowohl inhaltlich als
er über viele Jahre stets den Überblick behalten und war die Kon- auch bei der Sprachwahl eine kritische Überprüfung durchfüh-
stante in der ETG-Arbeit. An dieser Stelle möchte ich ihm auch ren und daraus unsere Schlüsse ziehen werden. Insgesamt sind
im Namen aller ETG-Mitglieder nochmals für seine herausragende wir aber auf einem guten Weg, der wie bereits erwähnt Raum für
Arbeit danken und ihm alles Gute für seinen „Unruhestand“ wün- Verbesserungen bietet. Alle Teilnehmer wurden per Email zum
schen. Ich bin mir sicher, dass es ihm nicht langweilig werden wird. Feedback aufgefordert. Bitte nehmen Sie diese Chance war, um
gemeinsam an der Zukunft des ETG Kongresses zu arbeiten.
Jetzt habe ich die Ehre, Thomas Benz als unseren neuen ETG-
Geschäftsführer offiziell im Namen aller ETG-Mitglieder zu begrü- In Bonn fand auch im Rahmen des ETG-Kongresses die ETG-Mit-
ßen und ihm für seine neue Herausforderung alles Gute und viel gliederversammlung statt. Ich habe zwar nicht nachgezählt, aber
Erfolg zu wünschen. Er ist den meisten von Ihnen kein Unbekann- ich schätze es waren an die 80 Teilnehmer. Insofern hat sich hier
ter und hat schon viele Jahre Erfahrungen im VDE und in der ETG gegenüber der letzten Mitgliederversammlung nicht viel geändert.
gesammelt. Zuletzt war er als Industrievertreter im ETG-Vorstand Bei einem Mitgliederstand von fast 12.000, genau sind es 11.761,
aktiv. Mit einem eigenen Editorial stellt er sich selbst in dieser Aus- muss man die Beteiligung schon in Promille ausdrücken, um eine
gabe der Mitgliederinformation vor. respektable Zahl zu erreichen. Wenn Sie nachrechnen wollen: es
sind 6,8 Promille. Hier wünsche ich mir eine größere Beteiligung in
Da es die ETG-Geschäftsordnung nicht erlaubt, einen geschäfts- der Zukunft.
führenden Vorstand zu haben, hat Thomas Benz mit seinem Ein-
tritt in den VDE sein Amt als ETG-Vorstand aufgeben müssen. Für diejenigen, die teilgenommen haben, war es eine kurzweili-
Nach Rücksprache mit dem verbliebenen Industrievertreter auf ge Veranstaltung. Ich habe zunächst auf der Basis des Berichts
der letzten Wahlliste hat dieser erklärt, aufgrund anderweitiger des Geschäftsführers über unsere aktuellen Aktivitäten berichtet.
ehrenamtlicher Verpflichtungen nicht nachrücken zu wollen. Daher Dabei hat sich auch Thomas Benz als der neue ETG-Geschäfts-
werden wir im letzten Jahr der aktuellen Vorstandsperiode einen führer vorgestellt. Zusätzlich stand eine Novellierung der ETG-
fünfköpfigen Vorstand haben. Geschäftsordnung zur Abstimmung an. Sie wurde einstimmig ohne
Enthaltungen angenommen. Für alle, die hierzu noch Informations-
Apropos ETG-Vorstand, im kommenden Jahr stehen Neuwahlen bedarf haben, ist die neue Fassung unter: www.vde.com/etg-go ver-
für die Amtsperiode 2017 - 2019 an. Nach zweimaliger Wahl in den fügbar. Für ein gedrucktes Exemplar kontaktieren Sie bitte die ETG-
Vorstand kann ich nicht wieder kandidieren und habe traditionsge- Geschäftsstelle.
mäß als aktueller Vorsitzender die Leitung des Wahlausschusses
übernommen. Wenn Sie Kandidaten für den ETG-Vorstand be- Abschließend hat Prof. Peter Schegner über das Ergebnis der
nennen wollen oder sich selbst vorschlagen möchten, reicht ein ETG-Taskforce zu „Zellularen Netzen“ berichtet. Mit dieser Studie
formloses Schreiben oder eine Email an die ETG-Geschäftsstelle setzen wir in der ETG die Reihe von Fachinformationen fort, die
nach der Veröffentlichung der Kandidatenliste von März - Mai 2016 sich mit Themen der Energiewende beschäftigen. Nicht ohne Stolz
aus. Mögliche Kandidaten sollten Sie aber bitte vorher ansprechen können wir dabei auf ein sehr großes und überwiegend positives
und ihre Bereitschaft zur Kandidatur klären. Den gesamten Ablauf Feedback verweisen. Die Ergebnisse werden u.a. in eine Projekt
der ETG-Vorstandswahl können Sie einem gesonderten Beitrag in skizze einfließen, die zurzeit gemeinsam mit dem Deutschen Verein
dieser Mitgliederinformation entnehmen. des Gas- und Wasserfachs e.V. (DVGW) erstellt wird. Doch dazu
mehr in der nächsten Ausgabe der ETG-Mitgliederinformation.
Am 16. und 17. November 2015 fand im alten Plenarsaal des
Deutschen Bundestags in Bonn der diesjährige ETG-Kongress Liebe Grüße und Ihnen allen ein gutes und erfolgreiches neues
statt. Unter dem Motto „Die Energiewende – Blueprint for the New Jahr 2016
Energy Age“ trafen sich fast vierhundert Vertreter von Anwendern,
Herstellern und Wissenschaft, um sich zu informieren aber auch Ihr
um zum Teil kontrovers zu diskutieren. Erstmals wurde der Kon- Rainer M. Speh
4 EDITORIAL II ETG-Mitgliederinformation 1/2016
Dr.-Ing. Thomas Benz,
Geschäftsführer der Energietechnischen
Gesellschaft (ETG)
Liebe ETG-Mitglieder,
gut 2 Jahre ist es her, als ich mich Ihnen auf unserer Mitgliederver- In der Öffentlichkeit kann und muss sich die ETG noch etwas bes-
sammlung als Mitglied des neu gewählten ETG-Vorstands vorge- ser darstellen. Hierzu dürfen wir allerdings nicht im Stadium des
stellt hatte. Und nun bin ich Ihr neuer Geschäftsführer. Aber warum „von Experten für Experten“ verbleiben. Wir müssen stärker den
der Wechsel vom Ehrenamt ins Hauptamt? Nun, wir leben in einer technischen „Laien“ einbinden in die Diskussion über das Ener-
Zeit der Veränderungen und des Wandels. Und das habe ich auch giesystem der Zukunft, um so z.B. auch Akzeptanz für den er-
für mich so gesehen. forderlichen Aus- und Umbau unserer Stromversorgungsnetze zu
schaffen.
Die Aufgabe als Geschäftsführer ist für mich eine große, überaus
reizvolle, aber auch herausfordernde Chance, nach gut 22 Jahren Und da ist die junge Generation, die wir ansprechen und mitneh-
Industrie noch einmal etwas anders zu machen und mich zudem men müssen, um die neue Welt der Energieversorgung zu gestal-
noch viel stärker in die ETG einbringen und für die ETG einsetzen ten. Hier ist seitens der ETG noch mehr Präsenz an Schulen und
zu können, als ich das in meinem ehrenamtlichen Engagement im Hochschulen gefragt. Gerade die Themen um die bereits weithin
ETG-Vorstand schon allein aus Zeitgründen konnte, denn es gibt sichtbaren Erneuerbaren Energien, aber auch Smart Grids und
viel zu tun: Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ), Elektromobilität
und vieles andere mehr machen neugierig auf die „neue“ Ener-
Da ist die Energiewende. Sie stellt Technik und Gesellschaft nicht gietechnik. Diese Neugierde muss in Interesse und Engagement
nur vor enorme Herausforderungen, sie muss auch gelingen! Sie umgewandelt werden, auch selbst mit zu gestalten.
als Ehrenamtliche leisten hierzu mit ihren Studien, Positionspa-
pieren und Veranstaltungen zu verschiedensten Themen rund um Aber eines ist mir bei all diesen Themen ganz besonders wich-
die Weiterentwicklung unseres Energiesystems bereits wichtige tig: Lassen Sie uns die vor uns liegenden Dinge gemeinsam an
und wesentliche Beiträge. Ich möchte dazu beitragen, dass das packen. Ohne Ihr ehrenamtliches Engagement werde auch ich
nicht nur so bleibt, sondern dass wir uns weiter entwickeln. Dabei nicht viel bewegen können. Ich jedenfalls freue mich darauf.
aber nicht nur neue Themen identifizieren und besetzen, sondern
auch Netzwerke ausbauen und wo erforderlich und sinnvoll neue Ihr
knüpfen. Thomas Benz
Da ist die Sichtbarkeit und Wahrnehmung unserer Arbeit in Politik
und Öffentlichkeit als unabhängiges Expertengremium. Zumindest
gegenüber der Politik hat sich die ETG bereits gut positioniert. Es
gilt jedoch diese Position weiter auszubauen. Hierzu kann meiner
Ansicht nach z.B. eine noch stärkere Fokussierung auf die we-
sentlichen und erfolgversprechenden Dinge helfen. Die ETG muss
Orientierungshilfe geben, wohin der Weg gehen soll. Gerade auf-
grund ihrer pluralistischen Zusammensetzung aus Ingenieurinnen
und Ingenieuren aus Wissenschaft und Forschung, von Herstellern
und Anwendern ist sie hierzu geradezu prädestiniert.
ETG-Mitgliederinformation 1/2016 T: TECHNIK & TRENDS 5
T: TECHNK UND TRENDS Die Abschattung durch die SoFi vom 20. In betrachteten Szenarien mit abfallendem
März 2015 reduziert die Einspeisung von Wind wird die negative PVA-Flanke durch
Photovoltaikanlagen (PVA) signifikant. Bei eine zeitgleiche Reduktion der Einspeisung
wolkenlosem Himmel kann sich alleine in aus Windenergieanlagen (WEA) überlagert
T1 Analyse von Risiken für die Deutschland aufgrund der hohen instal- und der somit resultierende negative Leis-
Systemsicherheit und mög- lierten Leistung eine von PVA verursachte tungsgradient gesteigert. In Szenarien mit
liche Gegenmaßnahmen positive Leistungsänderung von bis zu 20 ansteigendem Wind wird entsprechend die
während der Sonnen GW/90 min (siehe Bild 1) ergeben. Derar- positive PVA-Flanke verstärkt.
finsternis 2015 tig hohe potenzielle Leistungsänderungs-
geschwindigkeiten stellen neue Heraus- Im Folgenden wird genauer auf diese bei-
forderungen an die Flexibilität und somit den Szenarien mit abfallendem und an-
Systemsicherheit des deutschen und euro- steigendem Wind eingegangen, da diese
päischen Elektrizitätsversorgungssystems. hinsichtlich der erforderlichen Flexibilität
besonders hohe Anforderungen stellen.
Das Ziel der Studie besteht somit darin, In Szenarien mit abfallendem Wind (siehe
mögliche Risiken für die Systemsicherheit Bild 2) ergibt sich dabei eine Reduktion der
des Versorgungssystems zu analysieren Einspeisung aus Anlagen auf Basis erneu-
und entsprechende Gegenmaßnahmen und erbarer Energien (EE) um 15 GW innerhalb
Handlungsoptionen zu analysieren. Im ers- einer Stunde.
ten Schritt wird hierzu untersucht, ob der
Niklas van Bracht, Christoph Baumann,
RWTH Aachen, Institut für RWTH Aachen, Institut für bestehende Kraftwerks- und Speicherpark Dies stellt besondere Anforderungen an
Elektrische Anlagen und Elektrische Anlagen und die erforderliche Flexibilität auch bei star- den Kraftwerks- und Speicherpark, da in
Energiewirtschaft Energiewirtschaft
ken Prognoseabweichungen bereitstellen kürzester Zeit Anlagen diesen Einspeise-
kann. Hierzu wird für verschiedene kritische rückgang aus EE kompensieren und hoch-
Szenarien eine Kraftwerkseinsatzsimulati- bzw. angefahren werden müssen. Trotz
on im Viertelstundenraster durchgeführt. Prognoseabweichung kann diese Flexibi-
In einem weiteren Schritt wird analysiert, lität in den untersuchten Szenarien durch
welche weiteren Risiken für die System- Steinkohle- und Erdgaskraftwerke sowie
sicherheit neben fehlender Flexibilität des durch hydraulische Anlagen bereitgestellt
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Albert Moser,
Kraftwerks- und Speicherparks bestehen. werden. Zusätzliche Flexibilität aus dem
RWTH Aachen, Institut für Auf Basis dieser Analyse werden mögliche Ausland ist hierbei nicht zwingend erfor-
Elektrische Anlagen und Energie-
wirtschaft
Gegenmaßnahmen abgeleitet, mit Hilfe de- derlich. In Bild 3 ist dazu exemplarisch der
rer die Systemsicherheit während der SoFi untertägliche Kraftwerkseinsatzplan darge-
gewährleistet werden kann. stellt.
1 Einleitung
2 Ergebnisse In Szenarien mit ansteigendem Wind führt
Am 20. März 2015 hat sich über dem Nord-
die Überlagerung der WEA-Einspeisung
atlantik eine totale Sonnenfinsternis (SoFi)
2.1 Untersuchung der Flexibilität mit der positiven Flanke der SoFi zu einem
ereignet, in deren Folge auch in Deutsch-
positiven Einspeisegradienten von 24 GW
land ein Abdeckungsgrad von bis zu 80 %
Das Ereignis der SoFi setzt sich aus zwei für innerhalb von 90 Minuten (siehe Bild 4).
erreicht wurde. Neben Deutschland waren
die Kraftwerkseinsatzplanung besonders
auch weite Teile Europas von diesem Ereig-
relevanten Zeitbereichen zusammen. Zum Die Überlagerung einer ansteigenden WEA-
nis betroffen. Um mögliche Auswirkungen
einen ist dies der Bereich der negativen Einspeisung und einer wiederkehrenden
der SoFi auf die Systemsicherheit abzu-
Flanke, d.h. der Zeitbereich, in welchem PVA-Einspeisung führt dazu, dass inner-
schätzen, haben die vier deutschen Über-
die PVA-Einspeisung einen negativen Gra- halb von 90 Minuten die Einspeisung ei-
tragungsnetzbetreiber (ÜNB) bereits Mitte
dienten aufweist und zunehmend bis zum ner signifikanten Anzahl von Erzeugungs-
2014 eine Studie in Auftrag gegeben, um
Zeitpunkt maximaler Abschattung reduziert einheiten, welche sich am Netz befinden,
potentielle Risiken und Gegenmaßnahmen
wird. Zum anderen ist es der Zeitbereich der reduziert werden muss (siehe Bild 5). In
für die Systemsicherheit zu analysieren. Im
positiven Flanke, welcher im Zeitpunkt ma- den untersuchten Szenarien geschieht
Folgenden wird zunächst auf die Untersu-
ximaler Abschattung beginnt und sich über dies insbesondere durch eine Reduktion
chungsergebnisse und in Abschnitt 3 auf
den Zeitbereich abnehmender Abschat- der Turbinen- und Erhöhung der Pumpleis-
das Marktgeschehen während der SoFi
tung bis Beendigung der SoFi erstreckt. tung hydraulischer Anlagen sowie durch
eingegangen.
Bild 1: Prognostizierte PVA-Einspeisung bei wolkenlosem Himmel Bild 2: Szenario abfallender Wind
6 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 1/2016
Bild 3: Kraftwerkseinsatz für Szenario abfallender Wind Bild 4: Szenario ansteigender Wind
Bild 5: Kraftwerkseinsatz für Szenario ansteigender Wind Bild 6: Beispielhafte deutsche stündliche Handelsbilanz (ohne Österreich) bei wolkenlosem Himmel
Herunterfahren von Erdgas- und Stein- • Volatilität der Handelsbilanz nach §13.2 EnWG bedeuten. Eine weitere
kohlekraftwerke. In Szenarien mit geringer Option besteht in der vertraglichen Kon-
Residuallast ist zudem eine Reduktion der Das Risiko fehlender Marktanreize be- trahierung von Kraftwerksleistung für den
Einspeisung aus Braunkohlekraftwerken schreibt, dass sich keine ausreichende Zeitbereich der SoFi.
notwendig. Anzahl von Kraftwerken am Netz befindet,
um die benötigte Flexibilität bereitzustellen. Als weiteres Risiko können potenziell er-
Vor dem Hintergrund der untersuchten Eine Vielzahl thermischer Erzeugungsein- höhte PVA-Gradienten von zum Teil mehr
Szenarienkombinationen ist die Situation heiten fährt in den Simulationen vor und als 250 MW/min während der SoFi zu
der SoFi hinsichtlich der erforderlichen zu Beginn der SoFi bis zu zwei Stunden kurzfristigen Leistungsungleichgewichten
Flexibilität bei einer Simulation im Viertel- auf Teillast, um zum Zeitpunkt maximaler führen. Insbesondere bei einer stündlichen
stundenzeitraster aus technischer Sicht Abschattung hochfahren zu können. Die- (anstelle von 15-minütigen) Bilanzkreisbe-
grundsätzlich beherrschbar. ser Teillastbetrieb führt neben potenziel- wirtschaftung treten dabei doppelt so hohe
len Deckungsbeitragsverlusten zu einer kurzfristige Leistungsungleichgewichte wie
2.2 Risiken und Gegenmaßnahmen Fahrweise mit schnellen Leistungsände- bei einem PVA-Leistungsanstieg an einem
rungen, welche mit erhöhtem Verschleiß normal sonnigen Tag auf. Neben den prä-
Die Untersuchungen zur Flexibilität des von Betriebsmitteln einhergehen kann. ventiven Maßnahmen wie der Sensibilisie-
europäischen und deutschen Kraftwerks Daher muss gewährleistet sein, dass der rung der Marktteilnehmer, ihre Bilanzkreise
einsatzes unterstellen zum jeweiligen Si- Markt ausreichend Anreize für eine derar- möglichst viertelstündlich zu bewirtschaf-
mulationszeitpunkt vollständige Informa tige Fahrweise setzt und bereits im Vorfeld ten, stellt die Erhöhung der vorgehaltenen
tion hinsichtlich der EE-Einspeisesituation, relevante Markteilnehmer, insbesondere
Regelreserve in allen Qualitäten eine po-
während in der Realität Unsicherheiten ver- Anlagenbetreiber von Wasser- und Stein- tenzielle Gegenmaßnahme dar.
bleiben. Folgende Risiken aus Markt- und kohlekraftwerken, sensibilisiert werden.
Bilanzsicht werden dabei als potenziell ge- Des Weiteren können kurzfristig Fahrplä- Schließlich kann eine europaweite Anti-
fährlich für die Systemsicherheit identifiziert ne auf eine korrekte Antizipation der SoFi zipation der SoFi als weiteres Risiko zu
und näher untersucht: geprüft werden, so dass bei Fehlalloka einer hohen Volatilität der Handelsbilanz
tion eingegriffen werden kann. Dies kann während der SoFi führen (siehe Bild 6).
• Fehlende Marktanreize
bspw. das Anfahren von Reservekraftwer- Aufgrund der potenziellen hohen (absolu-
• Kurzfristige Leistungsungleichgewichte ken oder die Möglichkeit von Maßnahmen ten) Fahrplanabweichungen der Im- und
ETG-Mitgliederinformation 1/2016 T: TECHNIK & TRENDS 7
Bild 7 Handelsergebnis am Day-Ahead-Markt Bild 8 Handelsergebnis der Intraday-Eröffnungsauktion
Exporte kann die Sekundärregelung stark frühzeitig ein Marktanreiz für einen flexiblen T2 Verteilung elektrischer
in Anspruch genommen werden, welches Kraftwerkseinsatz gegeben. Energie mit Mittelspan-
zu einer Gefährdung der Systemsicher-
heit führen kann. Des Weiteren besteht Die Strukturierung der EE-Erzeugungs-
nungsgleichstromnetzen –
die Gefahr fehlender Flexibilitäten in den mengen auf Viertelstundenbasis in der Int- Einbindungsmöglichkeiten
Anrainer-Marktgebieten. Eine mögliche Ge raday-Eröffnungsauktion schuf zusätzliche von Bahnstromnetzen
genmaßnahme stellt die Beschränkung von Anreize für Marktteilnehmer. Dies äußert
Im- und Exportgradienten und somit die lo- sich in Bild 8 insbesondere in den von 10
kale Ausregelung der SoFi-Auswirkungen Uhr bis 12 Uhr deutlich erhöhten Handels-
dar. mengen und volatilen Preisen.
3 Reales Marktgeschehen während 4 Zusammenfassung
der Sonnenfinsternis
Die Sonnenfinsternis am 20. März 2015
3.1 Märkte für Regelreserve hat durch starke Schwankungen der
PVA-Einspeisung hohe Anforderungen an
Für den kritischen Zeitraum der SoFi be- die Flexibilität des Elektrizitätsversorgungs- Marco Stieneker Arne Hinz
Institute for Power Institute for Power
schafften die deutschen ÜNB zusätzliche systems in Europa und insbesondere in Generation and Storage Generation and Storage
Regelreserve. Die Dimensionierung dieser Deutschland gestellt. Untersuchungen im Systems (PGS), E.ON Systems (PGS), E.ON
Energy Research Center, Energy Research Center,
Zusatzmengen erfolgte dabei unter Be- Vorfeld haben ergeben, dass der deutsche RWTH Aachen University RWTH Aachen University
rücksichtigung der erwarteten PVA-Ein- Kraftwerkspark die erforderliche Flexibilität
speisung. Aufgrund der sich allgemein prinzipiell bereitstellen kann. Risiken beste-
verbessernden Wettersituation wurde am hen allerdings vor allem bei sich kurzfris-
19. März 2015 für den Folgetag eine PVA- tig verändernden Wettersituationen durch
Einspeisung von bis zu 22 GW erwartet. fehlende Marktanreize und unzureichender
Bilanzkreisbewirtschaftung sowie der da
Vor diesem Hintergrund haben die Übertra- raus resultierenden kurzfristig auftretenden Prof. Dr. ir. Dr. h. c. Rik W. De Doncker
Institute for Power Generation and
gungsnetzbetreiber schließlich 2.258 MW hohen Leistungsungleichgewichte. Storage Systems (PGS), E.ON Energy
positive und 2.299 MW negative zusätzli- Research Center, RWTH Aachen
University
che Sekundärregelreserve (von 8 Uhr bis Im Vorfeld der Sonnenfinsternis haben
14 Uhr) und 3.700 MW positive und 3.000 die deutschen ÜNB die beschaffte Se-
MW negative (von 8 Uhr bis 12 Uhr) bzw. kundär- und Minutenreserveleistung für Vorteile der Mittelspannungsgleich-
3.000 MW positive und 2.800 MW negati- die entsprechenden Zeitscheiben erhöht. stromverteilung
ve (12 Uhr bis 16 Uhr) reguläre Minutenre- Das Marktgeschehen am Day-Ahead-
serve ausgeschrieben. und Intradaymarkt vor und am Tag der Bei der Übertragung von elektrischer Ener-
Sonnenfinsternis selber hat die Einspei- gie über lange Strecken wird seit Jahr-
3.2 Märkte für Fahrplanenergie seschwankungen der PVA abgebildet und zehnten auf Gleichspannung gesetzt. Die
ausreichende Anreize für flexible Stromer- Leitungsverluste sind geringer als beim
Die vier deutschen ÜNB haben die nicht zeugungsanlagen gesetzt. Somit war trotz Betrieb mit Wechselspannung, da der
direktvermarkteten EE-Erzeugungsmengen hoher PVA-Einspeisung von bis zu 20 GW Blindleistungsbedarf der Freileitungen und
zeitnah und vollständig an den vor- und ausreichend Kraftwerksleistung zum Aus- Leistungskabel entfällt. Bei langen Über-
untertäglichen börslichen Märkten für Fahr- gleich der Gradienten am Netz und mithilfe tragungsstrecken werden die zusätzlichen
planenergie vermarktet. der ergriffenen Maßnahmen konnten große Verluste kompensiert, die bei der Umwand-
Schwankungen der Netzfrequenz während lung von Wechselspannung in Gleichspan-
Dieses Vorgehen sowie das Bestreben al- der Sonnenfinsternis vermieden werden. nung und zurück auftreten, wodurch der
ler Marktteilnehmer, während der SoFi ihre wirtschaftliche Betrieb der Verbindung si-
Bilanzkreise vollständig zu bewirtschaften, chergestellt ist.
resultierten in der in den Bildern 7 und 8
dargestellten Preisentwicklung am börs- Aber auch die Einführung von Gleichspan-
lichen Day-Ahead-Markt sowie der Intra- nung in der Verteilnetzebene bringt Vorteile
day-Eröffnungsauktion. Mit vortäglichen für das Gesamtsystem mit sich. Hoch
Preisen von fast 50 EUR/MWh für die effiziente Hochleistungsgleichspannungs-
Stunde von 10 Uhr bis 11 Uhr war bereits wandler mit galvanischer Trennung, die
8 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 1/2016
unterschiedliche Gleichspannungsnetze Ferner können durch die oben beschrie-
miteinander verbinden können, ermögli- benen Vorteile von gleichstrombasierten
chen inhärent die Leistungsflusssteuerung. Verteilnetzen effizienter Ladestationen mit
Gleichzeitig können Spannungsabfälle im hohen Leistungen zum schnellen Laden
Netz durch die Möglichkeit der dynami- von Elektrofahrzeugen in das System inte-
schen Anpassung des Übertragungsver- griert werden. Auf diese Weise könnte mit
hältnisses kompensiert werden. geringem Aufwand eine Ladeinfrastruktur
geschaffen werden, welche unter anderem
Ein entscheidender Vorteil von Mittel-
einen Elektrobusbetrieb ermöglichen wür-
spannungsgleichstromnetzen ergibt sich
de.
aus dem steigenden Anteil von leistungs-
elektronischen Systemen im Netz. Dieser
Neben Gleichstrombahnen können zu-
ergibt sich aus zunehmenden regene-
dem Vollbahnen (15 kV, 16,7 Hz) über
rativen Energien, wie Windenergie und
Mittelspannungsgleichstromnetze effizient
Photovoltaik, Energiespeichersystemen,
mit Energie versorgt werden. In diesem
drehzahlvariablen Antrieben und (Schnell-)
Fall müsste an den entsprechenden Ein-
Ladegeräten für die Elektromobilität. Diese
speisepunkten lediglich ein einphasiger
Systeme arbeiten intern mit Gleichspan- Bild 2: Gleichspannungsgespeistes Unterwerk
Wechselrichter zur Erzeugung der Fahr-
nung oder frequenzvariabler Wechsel-
Diese Systeme sind zuverlässig und ro- drahtspannung installiert werden. Bei einer
spannung, weshalb beim Anschluss ans
bust, haben jedoch den Nachteil, dass die zusätzlichen Anpassung des Spannungs-
Wechselspannungsnetz ein leistungselek-
regenerierte Bremsenergie nur lokal bereit- niveaus wird durch den Einsatz einer DAB,
tronischer Umrichter benötigt wird. Beim
gestellt werden kann. Eine Rückspeisung wie in Bild 3 zu sehen ist, zusätzlich die
Anschluss an ein Gleichspannungsnetz
in das Mittelspannungsnetz ist mit diesem galvanische Trennung zwischen Fahrdraht
kann diese Umwandlung vereinfacht wer-
System technisch nicht möglich und auf- und Versorgungsnetz sichergestellt.
den oder sogar ganz wegfallen, wodurch
sich Kosten und Verluste einsparen lassen. grund des befürchteten negativen Einflus-
ses auf die Netzstabilität auch nicht er- Bei der Energieversorgung von Vollbahnen
Durch die hohe Dynamik und Effizienz der wünscht. Dadurch können nur anfahrende können somit durch die Gleichstromtech-
Gleichspannungswandler ist auch die Ener- Züge in der Nähe eines bremsenden Zugs nologie ebenfalls Kosten und Verluste re-
gieversorgung von Gleichstrombahnen dessen rückgespeiste Energie aufnehmen. duziert werden. Aufgrund der Möglichkeit
aus Gleichspannungsnetzen eine attrakti- Dies hat zur Folge, dass ein Großteil der eines bidirektionalen Leistungsflusses kann
ve Alternative zu bestehenden Strukturen. regenerierten Bremsenergie mittels Brems- zudem die Bremsenergie in das speisende
Geeignete Topologien können zudem den widerständen in Wärme umgewandelt wer- Gleichspannungsnetz zurückgeführt wer-
bidirektionalen Leistungsfluss ermöglichen, den muss. den.
wodurch ein weiterer Freiheitsgrad in der
Systemauslegung und Betriebsführung Ein gleichstromgespeistes Bahnstromun- Ergebnis, Zusammenfassung, Ausblick
gegeben ist. terwerk, welches an ein Mittelspannungs-
gleichstromnetz angeschlossen ist, wäre Durch den Einsatz von hocheffizienten
Gleichspannungsgespeistes Bahn- gleichspannungsgespeisten Unterwerken
dagegen in der Lage die regenerierte
stromunterwerk werden Verluste und somit auch Kosten
Bremsenergie in das Verteilnetz zurück zu
Derzeit werden Gleichstrombahnen aus speisen ohne die Netzstabilität des Gleich- reduziert. Da die galvanische Trennung
dem Drehstromnetz gespeist. Die Verbin- stromnetzes zu gefährden. Somit könnten in den Gleichstromwandlern mit Mittel-
dung zwischen diesem und dem Fahrdraht alle Züge des Bahnsystems erreicht wer- frequenztransformatoren (ca. 1 – 10 kHz)
wird hierbei über Unterwerke realisiert, den, wodurch die regenerierte Bremsener- sichergestellt wird, können durch die kom-
welche im Wesentlichen, wie in Bild 1 gie besser genutzt werden könnte. paktere Bauform gegenüber 50 Hz- und
dargestellt, aus einem Transformator zur 16,7 Hz-Transformatoren Material und Kos
Anpassung des Spannungsniveaus und Die Struktur des zukünftigen gleichstrom- ten eingespart werden. Somit lassen sich
einem Gleichrichter zur Umwandlung des gespeisten Unterwerks ist in Bild 2 darge- die Anschaffungskosten für die Netzan-
Drehstroms in Gleichstrom bestehen. Bei stellt. Als Gleichspannungswandler (DC- bindung von Vollbahnen (15 kV, 16,7 Hz)
dem Gleichrichter handelt es sich meist DC-Wandler) wird die Dual-Active Bridge um ca. 34 % reduzieren. Weiterhin lassen
um einen passiven Diodengleichrichter [1]. (DAB) Umrichtertopologie eingesetzt. Die- sich aufgrund der höheren Effizienz von ca.
se Topologie ermöglicht einen bidirektio- 1,8 % Einspeiseverluste gegenüber dem
nalen Energiefluss zwischen Fahrdraht und klassischen Konzept reduzieren und Leer-
Versorgungsnetz und ist darüber hinaus laufverluste nahezu eliminieren.
mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99,2 %
[2] um 2,2 % [1] effizienter als die bisherige
Transformator-Gleichrichter-Kombination.
Die galvanische Trennung wird über einen
Mittelfrequenztransformator gewährleistet.
Daneben wird die Anlage gegenüber der
konventionellen Lösung aus Bild 1 kom-
pakter durch das geringere Volumen des
Mittelfrequenztransformators.
Wie oben bereits erwähnt, können Energie-
speichersysteme effizienter in das System
eingebunden werden. So ermöglicht das
Mittelspannungsgleichstromnetz zusammen
mit den bidirektionalen Unterwerken den
Betrieb eines zentralen Energiespeichers,
welcher Energie aus dem gesamten Bahn-
Bild 1: Klassisches Unterwerk einer Gleichstrombahn netz aufnehmen kann. Bild 3: Gleichstromgespeistes Unterwerk für Vollbahnen
ETG-Mitgliederinformation 1/2016 T: TECHNIK & TRENDS 9
Die Netzanbindungskosten von Gleich- Stand der Technik Beispiel für ein TSSKW
strombahnen sind momentan bei der
Energieversorgung durch Gleichstromnet- Energie aus Photovoltaikanlagen, aus Wind Vor der Küste von Nordspanien verläuft der
ze ca. 70 % höher. Die höheren Kosten ei- kraftanlagen, aus Wasserkraftanlagen und atlantische Tiefseegraben in einer Entfer-
nes gleichspannungsgespeisten Unterwerks aus nachwachsenden Rohstoffen wie z.B. nung von ca. 100-200 km vor der Küste
werden jedoch über die Lebensdauer des Biogasanlagen sollen die fossilen Grund- mit Tiefen bis zu 6000 m. Davor, d.h. nahe
Unterwerks durch die um ca. 2,2 % hö- stoffe (sowie den Strom aus den Kern- der Küste, befindet sich ein Flachmeerge-
here Effizienz im Nennarbeitspunkt und kraftwerken) ersetzen. Für die sichere biet mit Tiefen zwischen 0-10 bis einigen
durch die nahezu vollständig eliminierten Versorgung der Verbraucher mit Energie 100 m. Die Potenzialdifferenz soll genutzt
Leerlaufverluste, sowie durch die optimale (Industrie und Haushalte sowie den Be- werden. Grundsätzlich besteht ein TSSKW
Nutzung der rückgespeisten Bremsener- reich Verkehr) benötigt man große Ener- aus schweren Sinkkörpern, aus Hochsee-
gie kompensiert. Darüber hinaus wird der giespeicher (z.B. zur Überbrückung bei frachtern ( für den Transport der Betonsink-
Anschluss und Betrieb von Ladestationen, längeren Produktionsausfällen von Photo- körper von und zu den Kraftwerksschiffen)
Energiespeichern und regenerativen Ener- voltaikanlagen bzw. Windkraftwerken, bei sowie aus Kraftwerksschiffen inklusive
giequellen simpler, effizienter und robuster. saisonalen Schwankungen des Energiebe- einer HGÜ-Station für die Anbindung der
darfs oder auch Spitzenlastanforderungen elektrischen Anlagen mittels Hochspan-
Referenzen im Tagesbedarf). Es müssen daher große nungskabel. Für kurzzeitigen Energiebe-
Energiemengen für die Stromerzeugung, darf aber auch für saisonale Schwankun-
[1] R. D. White. “DC electrification supply aber auch für die Heizung von Gebäuden, gen sind als Energiespeicherelemente
system design”. Railway Electrificati- für die Prozesswärme in den Industrieanla- die Betonsinkkörper vorgesehen. Diese
on Infrastructure and Systems (REIS gen und die Energieanforderungen für den Betonsinkkörper werden per Seil abge-
2013), 6th IET Professional Develop- Transport von Menschen und Gütern als senkt bzw. hochgezogen und liefern bzw.
ment Course on. 2013, pp. 57-85. Ausfallreserve bereitgestellt werden. verbrauchen dabei Energie. Die Betonsink-
körper sollen genormt sein und könnten
[2] R. W. de Doncker. “Power electronic Vorschlag für Energiespeicher daher weltweit hergestellt bzw. bereitge-
technologies for flexible DC distribution stellt werden. Die Sinkkörper werden beim
grids”. Power Electronics Conference Für die Energiespeicher werden Tiefsee- Absenkvorgang bis auf den Meeresgrund
(IPEC-Hiroshima 2014 – ECCE-ASIA), speicherkraftwerke (TSSKW) vorgeschla- abgesenkt. In dieser Position ist das Seil
2014 International. 2014, pp. 736-743. gen. Bei gleichgroßen Arbeitsvolumina ist entlastet und kann damit mittels eines „in-
z.B. die zwanzigfache Energiespeicher- telligenten Hakens“ von der Last getrennt
menge im Vergleich mit einem Pumpspei- werden. An einer Welle befindet sich z.B.
cherkraftwerk üblicher Technik möglich eine Seiltrommel mit einem Sinkkörper.
T3 Tiefseespeicherkraftwerke (angenommene Fallhöhe des Pumpspei- Dieser Sinkkörper hat jeweils einem Volu-
– ein wichtiger Baustein cherkraftwerks ca. 300 m). Die höhere men von ca. 15 m3 und einer Masse von
der Energieversorgung der Energiespeicherung für ein TSSKW ergibt ca. 45 to (d.h. zuzüglich dem Auftrieb) ver-
sich im Wesentlichen durch die viel grö- bleiben pro Sinkkörper ca. 30 to Last. Der
Zukunft
ßere Fallhöhe (Meerestiefe in dem Beispiel Sinkkörper kann nun in zwei Betriebsarten
ca. 5000 m). Nun ist die Meerestiefe nicht zum Einsatz kommen. Dabei ergeben sich
von Dipl.-Ing. Karl-Ludwig Holder, Sinsheim überall so tief, dass ein Tiefseespeicher- bei einer Technik mit einer Seiltrommel
kraftwerk sinnvoll ist, aber bereits bei Was- und einem elektrischen Motor / Generator
Allgemein sertiefen von ca. 200 m kann ein TSSKW verschiedene Betriebsarten und dazuge-
von Vorteil sein. Ein TSSKW ist ein Gravita- hörende Übergänge zwischen den ver-
Der Energiebedarf der Menschheit ist ge- tionskraftwerk, welches potenzielle Energie schiedenen Betriebsarten. Als wählbare
waltig und er wächst immer noch weiter speichert und bei Bedarf diese potenzielle Betriebsart können die Betriebsarten „Sen-
an. Dies liegt zum einen am Wachstum Energie in elektrische Energie umwandelt. ken“, „Heben“ sowie „Stillstand“ gesehen
der Bevölkerung und zum anderen an der Diese elektrische Energie kann mittels werden. Dabei ist z.B. möglich, dass so-
Steigerung des Lebensstandards in vielen Gleichspannungsübertragung mit sehr wohl für „Senken“ als auch für „Heben“,
Ländern. Die benötigte Energie wird hier- geringen Verlusten über weite Strecken ein belastetes Seil ein unbelastetes Seil
bei überwiegend aus fossilen Grundstoffen transportiert werden (sog. HGÜ – Hoch- (genauer gesagt: gering belastetes Seil) in
gewonnen, d.h. aus Kohle, Öl und Gas. spannungs-Gleichstromübertragung). Die die entsprechende Position bringt um den
Der Strom aus Kernenergie soll ebenfalls elektrische Energie kann aber auch mit- Arbeitstakt zu übernehmen. Generell gilt: In
durch regenerative Energiequellen ersetzt tels einer Elektrolyseanlage in chemische der Betriebsart „Senken“ wird Gravitations-
werden. Die fossilen Grundstoffe sind zum Energie umgewandelt werden (Umwand- energie in elektrische Energie umgewan-
einen endlich und zum anderen erzeugen lung von Wasser in Wasserstoffgas und delt und in der Betriebsart „Heben“ wird
alle drei Grundstoffe bei der Verbrennung Sauerstoffgas). Die Technik der TSSKW elektrische Energie in Gravitationsenergie
Kohlendioxid (CO2), die Hauptursache des unterscheidet sich im Detail bedingt durch umgewandelt.
sogenannten Klimawandels. Das CO2- die spezifischen Anforderungen, der unter-
Gas hat dabei zur Folge, dass sich die schiedlichen Wassertiefe, Meeresströmun- Die Sinkkörper können dabei in Form von
Atmosphäre erwärmt, d.h. das Eis von gen usw. Nicht zuletzt ist die Entscheidung rechteckigen Betonplatten (z. B. mit den
Gletschern weltweit und das Eis von der welche Technik eingesetzt wird eine Kos- Maßen 5 m x 3 m x 1 m d.h. Länge x Breite
Arktis schmilzt, die Meere versauern, der tenfrage, eine Frage des Wirkungsgrades x Tiefe) oder als Betonrohre (mit z. B. den
Wasserstand der Ozeane steigt an, extre- bzw. der Größe der Verluste. Oft befinden Maßen 5 m für die Höhe und 2 m äußerer
me Wetterverhältnisse nehmen zu etc. Die sich die möglichen Standorte in nationalen Durchmesser sowie ca. 50 cm Rohrwand-
Folgen sind unüberschaubar und die Risi- Gewässern, so dass auch verschiedene stärke) vorliegen. Eine weitere Variante für
ken für die gesamte Menschheit sind nicht rechtliche Fragen (z.B. Fischereirechte, die Sinkkörper sind z. B. große Behälter,
verantwortbar. Es muss daher ein Weg ge- ökologische Fragen etc.) ähnlich einer Öl- aus hochfestem Material gefüllt mit Ge-
sucht werden, der eine Energieversorgung bohrung geklärt werden müssen. Grund- steinschotter und zerkleinerten Metallschrott
ermöglicht auch ohne fossile Brennstoffe sätzlich sind dabei verschiedene techni- und Sand. Die Sinkkörper können bei
und ohne Kernkraftwerke. Die nachfolgen- sche Varianten möglich. Nachfolgend ein Energiemangel abgesenkt werden und
den Erläuterungen sollen einen möglichen Beispiel für ein TSSKW. liefern dabei elektrische Energie. Bei Ener-
Weg aufzeigen. gieüberschuss an elektrischer Energie (z.B.
10 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 1/2016
bei Überschuss bei den Photovoltaikanla- anlagen z.B. in ein europäisches Netz ein- ben. Parallel dazu sollten Verteilnetze für
gen oder bei den Windkraftanlagen) wer- gespeist, das als Verteilernetz fungiert. Wasserstoffgasbehälter aufgebaut werden
den die Bremsen für die Seiltrommel gelöst (z.B. als Wasserstoffhochdruckspeicher
und die Sinkkörper motorisch hochgezo- Wirtschaftlichkeit von TSSKW Anlagen für den Verkehrsbereich, insbesondere für
gen. Die hochgezogenen Sinkkörper wer- den PKW- und LKW Bereich – Stichwort
den an der Wasseroberfläche an geeignete TSSKW-Anlagen dienen der Speicherung „Brennstoffzelle“). Dies ist die logische Fol-
Transportschiffe übergeben, welche die des Energiebedarfs aller Verbraucher, d.h. ge, wenn alle fossilen Grundstoffe nicht
Sinkkörper in Flachmeergebieten oder an die Energie in Form von elektrischer Ener- mehr verwendet werden sollen bzw. nicht
der Küste ablegen. Die Menge der hoch- gie ist für Aufgaben des Strombedarfs für mehr verwendet werden dürfen. Die E-Net-
gezogenen Sinkkörper ist ein Maß für die die Industrie und die Haushalte, des Wär- ze könnten z.B. einen ringförmigen Aufbau
gespeicherte Energiemenge. Bei erwarte- mebedarfs der Heizungsanlagen für die In- haben (insbesondere die 800 kV Netze
tem Bedarf werden diese Sinkkörper dann dustrie und der Haushalte (insbesondere in einen Doppelring – z.B. rund ums Mittel-
mit Hochseefrachtern zu den schwimmen- Verbindung mit Wärmepumpentechniken) meer). In die überlagerten E-Netze kann
den Kraftwerken (sogenannte Kraftwerks- sowie der Energiebedarf für den Bereich sowohl Strom eingespeist werden als auch
schiffe) transportiert und von dort werden Verkehr vorgesehen. So benötigen die Strom entnommen werden. Als Energie-
die Sinkkörper mittels hochfesten, dabei Energieverbraucher in Europa im Som- speicher könnten weltweit Sinkkörper von
relativen leichten Kunststoffseilen (Seile mit merhalbjahr zeitweise weniger Energie als TSSKW‘s verwendet werden.
geringer Dichte aber einer hohen Zug- und durch die vielen dezentralen Stromerzeu-
Druckfestigkeit) mit einer kontrollierten Ge- ger bereitgestellt wird (z.B. Photovoltaik- Anmerkungen
schwindigkeit von z.B. 2m/s in die Meeres- anlagen, insbesondere in sonnenreichen
tiefe abgesenkt. Die lineare Abwärtsbewe- Gebieten der Erde). Daher wird der Über- Die gewonnene elektrische Energie (durch
gung der Betonsinkkörper wird dabei über schuss zur Speicherung von Energie zum Absenken der Sinkkörper) kann teilwei-
eine Seiltrommel in eine Rotationsbewe- Hochziehen von Millionen von Sinkkörpern se mittels Elektrolyseanlagen in Gas um-
gung umgewandelt. Dabei wird potenzielle auf Meeresoberflächenniveau benutzt. Im gewandelt und dieses Gas kann für ein
Energie über einen rotierenden Generator Winterhalbjahr wird die gespeicherte Ener- Gasverteilnetz mit Gashochdruckflaschen
in elektrische Energie umgewandelt. Diese gie wieder abgerufen, indem die Sinkkör- verwendet werden. Der Hauptanteil aber,
Energie kann mittels einer Elektrolyse aus per in die Tiefsee abgesenkt werden. Bei und das sind Millionen von Betonsinkkör-
elektrischer Energie und Wasser chemi- der Berechnung der Kosten für die Versor- pern, wird bereitgestellt, um beim Absenk-
sche Energie in Form von Wasserstoffgas gung der verschiedenen Verbraucher mit vorgang Strom zu produzieren bzw. beim
gewinnen. Nachdem die Wirkungsgrade für solarem Strom sollten neben den rein fis- Hochziehen Strom zu verbrauchen.
die Elektrolyse und eine Rückumwandlung kalischen Kosten für die Umstellung auch
in elektrische Energie doch relativ schlecht die Kosten mit eingerechnet werden, wel- Die Sinkkörper werden als Energiespeicher
sind (liegen bei ca. 40 - 60 % der einge- che als Folgekosten entstehen, wenn eine mehrmals genutzt, indem sie bei Energie-
speisten elektrischen Energie) sollten im Umstellung auf die Versorgung mit solarer mangel im Meer abgesenkt werden (Ge-
Wesentlichen die HGÜ-Anlagen als Über- Energie nicht oder zu spät erfolgt. In der neratorbetrieb) und bei Energieüberschuss
gabestation bzw. das elektrische 50 Hz Gesamtbetrachtung dürfte die Versorgung aus der Meerestiefe hoch geholt werden
Hochspannungsnetz als Verteilstationen mit solarer Energie wesentlich günstiger (Motorbetrieb). Der Antrieb für den Mo-
für die verschiedenen Energieverbraucher sein als die anerkannten und nicht weg dis- tor kann mit elektrischen Überschüssen
dienen. Diese Energieverbraucher sind in kutierbaren Folgekosten bei Beibehaltung der Photovoltaikanlagen bzw. Windkraft-
allen Bereichen zu finden, in denen Ener- der Versorgung mit fossilen Grundstoffen. anlagen über Hochspannungskabel und
gie benötigt wird, wie z.B. im Bereich des Grob gerechnet ergibt ein Sinkkörper HGÜ-Stationen (erhöhte Leistung der Pho-
Strombedarfs für Haushalte, für Heizungs- mit der Masse 2 to, der Dichte von 2 kg/ tovoltaikanlagen im Sommerbetrieb für Ver-
wärme bzw. für Kühlung mit Klimaanlagen, dm³ (bei Berücksichtigung des Auftriebs sorgung der Motoren muss von vornherein
für Industrieanlagen, im Verkehrsbereich im Wasser) in etwa die Energiemenge bei eingeplant werden). Die Energieleistung
etc. d.h. für alle diese Verbraucher von fos- Absenkung in 5.000 m Tiefe die energe- ergibt sich beim Absenken der Sinkkörper
silen Grundstoffen wird in Zukunft umge- tisch einem Liter Heizöl entspricht. Ein für eine bestimmte Absenkgeschwindigkeit
wandelte Solarenergie anstelle der fossilen Kraftwerksschiff enthält somit ca. 1.000 (z.B. für 2m/s). Für das Hochziehen (d.h.
Grundstoffe angestrebt. Sinkkörper mit jeweils ca. 30 to Gewicht die Speicherung der Gravitationsenergie)
im Wasser. Gemäß dem vorangehenden des Sinkkörpers kann eine andere Ge-
Ein Rechenbeispiel Rechenbeispiel ergibt sich ein Äquivalent schwindigkeit gewählt werden (z.B. nur
von 30.000 l Heizöl pro Ladung eines Kraft- die Hälfte der Absenkgeschwindigkeit). Ein
Ein Sinkkörper mit einem Volumen von werksschiffes. wichtiges Kriterium ist die Geschwindigkeit
15 m³, einer Dichte von 3 kg/dm³ und einer beim fast unbelasteten Seil (tritt auf, wenn
Masse von 45 to liefert (unter Berücksich- Das solare elektrische Netz – ein Heben- bzw. Senkenvorgang abge-
tigung des Auftriebes im Wasser) bei einer das Energienetz der Zukunft schlossen ist und das Seil wieder in die
Wassertiefe von 5000 m ca. 400 kWh. Bei Ausgangsposition gebracht werden muss).
einem Sinkkörper sowie einem Getriebe Grundsätzlich sollen hier noch einige An- Für diesen Vorgang (Seillast ist nur das Ei-
und einem Generator/Motor pro Welle und gaben zu den Energienetzen der Zukunft gengewicht bzw. die Reibungsverluste des
1000 Wellen pro Kraftwerksschiff erge- gemacht werden. Die Hochspannungsnet- Seils im Wasser sowie das Gewicht des
ben sich 1000 parallel versenkbare Sink- ze der Zukunft sollten weltweit als elektri- Hakens) kann z.B. die doppelte Geschwin-
körper und somit ca. 400.000 kWh oder sche Netze mit einer Nennspannung von digkeit des normalen „Heben“ bzw „Sen-
400 MWh pro Kraftwerkschiff. Nachdem 400 kV aufgebaut sein. Darüber überlagert ken“ gewählt werden (d. h. ca. 4 m/s).
die Absenkgeschwindigkeit der Sinkkör- sollten, aufgrund der Vielzahl von zusätz-
per ca. 2m/s betragen soll, ergibt sich lichen Aufgaben und Funktionen die mit Alle diese Angaben gelten für ein Beispiel
eine elektrische Leistung von 580 kW pro dem E-Netz realisiert werden müssen, und sind natürlich durch z.B. Modellunter
Sinkkörper und für ein Kraftwerkschiff eine elektrische Verbundnetze mit z.B. 800 kV suchungen zu überprüfen und falls erfor-
Leistung von max. 580 MW. Speisen z.B. Spannungsebene aufgebaut werden. Die- derlich zu korrigieren und anzupassen.
10 Kraftwerksschiffe ein, so erhält man als se internationalen Netze in Verbindung Zusammenfassend darf aber festgestellt
Einspeiseleistung 5800 MW oder 5,8 GW. mit den HGÜ-Übertragungen ermöglichen werden: Die Sinkkörper von TSSKW sind
Diese Leistung wird über leistungsstarke die Übertragung größerer Leistungen und als verlustarme Hochleistungsspeicher so-
HGÜ-Verbindungen und Hochspannungs- die Verwirklichung zusätzlicher Aufga- wie auch als Langzeitenergiespeicher sehrETG-Mitgliederinformation 1/2016 G: GRUNDLAGEN DER ELEKTR. ENERGIETECHNIK 11
gut geeignet, dies gilt vor allem in Kombi-
nation mit den überlagerten Höchstspan- Erratum
nungsnetzen und den HGÜ-Verbindungen.
Für den Begriff „intelligenter Haken“ soll ETG-Mitgliederinformation, Ausgabe Juli 2015, S.41, Beitrag G1:
noch eine Erläuterung gegeben werden: Elektrische Antriebe für hybride und vollelektronische Fahrzeuge, Teil 1,
der Haken sollte in der Lage sein, das Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Doppelbauer.
schwimmende Seil für den Anschluss des Im ersten Teil des Beitrages von Prof. Doppelbauer hatten wir versehentlich ein
richtigen Sinkkörpers zu erkennen und das falsches Bild abgedruckt. Hier das korrekte (von links nach rechts)
Seil an den Sinkkörper anzukoppeln. Dies
gilt für jede Betriebsart. Korrektes Bild 2:
Wirtschaftliche und politische
Bedeutung
Die politische Bedeutung dieser Techno-
logie ist nicht unerheblich. Riesige Inves-
titionen (Photovoltaikanlagen, HGÜ-Ver-
bindungen, Energieverteilanlagen, Infra-
strukturmaßnahmen wie z.B. Straßen etc.)
würden in allen nordafrikanischen und
südeuropäischen Ländern einen enormen
Entwicklungsschub bewirken (mit vielen G: GRUNDLAGEN DER ELEKTRISCHEN Betriebsverhalten elektrischer
attraktiven Arbeitsplätzen für den Bau ENERGIETECHNIK Antriebsstränge
als auch für den Betrieb der Anlagen und
Infrastruktureinrichtungen). Der in den Pho- Bild 3 zeigt am Beispiel des VW Golf 1,6
G1 Elektrische Antriebe für
tovoltaikanlagen erzeugte Strom müsste FSI mit 6-Gang Automatikgetriebe den
von den Verbrauchern bezahlt werden (zu hybride und vollelektrische Verlauf des Raddrehmoments in den ein-
einem fairen Preis für beide Seiten!). Damit Fahrzeuge, Teil 2 zelnen Gangstufen (schwarz) und den Ver-
wäre beiden, d.h. den Entwicklungsländern lauf des Dauer- und Spitzendrehmoments
aber auch den industrialisierten Ländern eines passenden Elektromotors (grün). Man
gedient. Außerdem würde mit dem Auf- erkennt, dass kleinere Untersetzungen
bau der notwendigen Anlagen und Infra- (höhere Gänge) zwar eine größere Rad-
struktureinrichtungen die derzeitige politi- drehzahl aber auch weniger Drehmoment
sche und wirtschaftliche Lage im ganzen ergeben. Dieses Verhalten ist typisch für
Univ.-Prof. Dr.-Ing.
nordafrikanischen Raum verbessert, was Martin Doppelbauer, Traktionsantriebe und von Kunden allge-
wahrscheinlich zu einer Verringerung des Karlsruher Institut für Techno- mein akzeptiert.
logie (KIT), Vorsitzender FB A1
derzeitigen Auswanderungsdruckes füh- „Elektrische Maschinen und
ren wird. Dieses gegenseitige „Geben“ und Antriebe, Mechatronik“ Man macht sich dies bei der Auslegung von
„Nehmen“ sollte längerfristig eine Verände- Elektromotoren zu Nutze, indem auch dort
rung in der politischen Kultur in der ganzen Im ersten Teil der Serie wurden die Anforde- ein Grunddrehzahlbereich mit konstan-
Welt zur Folge haben. Der Weg führt weg rungen an getriebeintegrierte Elektromoto- tem Drehmoment bis etwa 40 ... 60 km/h
vom nationalstaatlichen Kalkül und mehr ren (GEM) und an Traktionsmotoren (TEM) eingeführt wird. Darüber hinaus fällt das
zum Vorteil für die ganze Menschheit. anhand der verschiedenen Fahrzeugkate Drehmoment im Feldschwächbereich ab
gorien hybrider und vollelektrischer Fahr- (Bereich konstanter Leistung). Auf diese
zeuge abgeleitet. Es wurde gezeigt, dass Weise kann der Elektromotor wesentlich
die Baugröße von Elektromotoren primär kleiner (kostengünstiger, leichter) gebaut
durch das Drehmoment bestimmt ist. werden, als wenn man das Drehmoment
Der Wunsch nach kleinen, kompakten bis zur höchsten Drehzahl konstant zur
und preisgünstigen Antrieben geht daher Verfügung stellen würde.
einher mit der Forderung nach möglichst
hoher Drehzahl. Nachfolgend werden das In Bild 4 werden links die idealen Verläufe
Betriebsverhalten und einige interessante der verschiedenen Größen über der Dreh-
Details der Auslegung von Traktionsmoto- zahl gezeigt. Im rechten Teil sieht man reale
ren beschrieben. Verläufe des Drehmoments. Im Grunddreh-
Bild 3: Verlauf des Raddrehmoments eines Verbrennungsmotors (schwarz) und eines Bild 4: Ideale (links) und reale (rechts) Drehmomentcharakteristik von Elektroantrieben
Elektromotors (grün)Sie können auch lesen
