Jede Stimme zählt ! - ETG Mitgliederinformation 2/2016 - VDE
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1 XXXXXXXX ETG-Mitgliederinformation 2/2016
ETG
Energietechnische
Gesellschaft im VDE (ETG)
Mitgliederinformation 2/2016
Jede
Stimme
zählt !
ETG-Vorstandswahl 2016 für die Amtsperiode 2017-2019
2 INHALT ETG-Mitgliederinformation 2/2016
EDITORIAL 3 I : INTERNATIONALES 41
I1 Aktuelle Informationen aus dem DK der CIGRE...................41
T : TECHNIK UND TRENDS 4 I2 Aktuelles aus CIRED.............................................................42
I3 Erneuerbare Energien als Entwicklungshelfer
T1 Generator-Umrichter-Prüfstand zur Untersuchung für Mapuche Indios ..............................................................43
elektrischer Energiewandler in Antriebssträngen...................4
T2 Zweites Leben für Elektroauto-Akkupacks.............................5
F : FNN AKTUELL 46
T3 Mobilität 2025: Unfallfrei – aber mit Datenrisiko.....................7
T4 Gleichstrom im Niederspannungsbereich..............................8 F1 Aktuelles aus dem FNN........................................................46
T5 VDE/ETG-Task Force Zentrale und dezentrale Erzeugung.....10
T6 Schutz vor Stromschlag bei Überflutungen..........................12 S : ENERGIEWENDE-SPLITTER 51
T7 Technische Effizienz von Spitzenkappung............................13
T8 ETG/ITG-Studie „Schutz- und Automatisierungs-
technik in aktiven Verteilnetzen“...........................................14
K : ENERGIEVERSORUNG KONTROVERS52
K1 Energiewende, Ökostrom – wo geht die Reise hin? ............52
E : ETG AKTUELL 17
E1 ETG Vorstandswahl 2016 ....................................................17
V : NEUE VERÖFFENTLICHUNGEN 56
E2 Aktuelles aus dem FNN Koordinierungskreis Strom/Gas ....18
V1 Elektroenergietechnik –
E3 ETG bringt „Kochbuch“ zum atmenden Stromnetz raus .....19 Grundlagen · Tabellen...........................................................56
E4 ETG in Politik, Medien und Fachöffentlichkeit 2015 ............21 V2 Netzschutztechnik –
Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze .................56
E5 Vorschau ETG-Veranstaltungen............................................21
E5.1 10. ETG-Fachtagung „Arbeiten unter Spannung (AuS)“.21 V3 Elektroenergiesysteme –
E5.2 VDE-Fachtagung Hochspannungstechnik 2016.........21 Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer
E5.3 IZBE/VDE Symposium „Elektrische Energie..................................................................................56
Fahrzeugantriebe und -ausrüstungen 2016“...............22
E6 Rückblick ETG-Veranstaltungen...........................................23
E6.1 ETG/GMM-Fachtagung H : HISTORIE DER ELEKTROTECHNIK 57
„Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik 2015“......23
H1 Physik und Technologie der Quecksilberdampfventile
E6.2 ETG Congress 2015 – Session System Aspects.........25
für die HGÜ...........................................................................57
E6.3 ETG Congress 2015 – Session Technologies and
Components..............................................................27
E6.4 ETG Congress 2015 – Session Markets & Regulatory
Environment...............................................................27 L : LESERFORUM 61
E6.5 ETG Workshop 2016 „Kabeldiagnostik“......................29
E6.6 IZBE/VDE-Fachtagung „Sicherheit und Zulassung L1 Leserbrief von Dr. Ing. Friedrich Kappius ............................61
elektrischer Bahnausrüstungen 2015“........................29
L2 Antwort von Prof. Dr.-Ing. Rainer Speh
E6.7 FNN/ETG Tutorial „Schutz- und Leittechnik 2016“......31
auf den Leserbrief von Dr. Friedrich Kappius .....................61
E6.8 CIPS 2016 – Power Electronics in Challenging
Little Boxes and More.................................................34 L3 Email von Dr.-Ing. Friedrich Kappius
E6.9 Schaltungstechnik für Galliumnitrid-Bauelemente in Ergänzung zu seinem Leserbrief ......................................62
in der Leistungselektronik 2016..................................36
E6.10 Life Needs Power – das Energieforum
auf der Hannover Messe 2016 ...................................37
E6.11 VDE YoungNet im Life Needs Power Forum
auf der Hannover Messe 2016....................................40 ETG-Veranstaltungskalender 2016/2017 63
Foto Titelseite: Fotolia / rosifan19
ETG-Mitgliederinformation 2/2016 EDITORIAL 3
Prof. Dr.-Ing. Rainer M. Speh,
Siemens Ltd.,
Vorsitzender der Energietechnischen
Gesellschaft (ETG)
Liebe ETG-Mitglieder,
wenn Sie dieses Editorial lesen, verbleiben dem aktuellen ETG in Projekten erprobt wird. Auch der VDE, gemeinsam mit dem
Vorstand noch knapp sechs Monate Zeit, um seine A mtsgeschäfte DVGW und weiteren Partnern aus dem universitären Umfeld, ist
erfolgreich weiterzuführen. Keine Angst, ich werde nicht schon hier nicht untätig geblieben. Von Experten der Elektrotechnik und
jetzt anfangen, Bilanz über die vergangenen zweieinhalb Jahre zu der Gaswirtschaft wurde gemeinsam eine Projektskizze mit dem
ziehen. Dazu ist es noch zu früh und ich plane das für die nächste Titel „Zellulare, multimodale Energienetze“ erstellt und Mitte März
ETG-Mitgliederinformation. im Bundeswirtschaftsministerium vorgestellt. Ziel ist es, mit einem
retrospektiven Ansatz Roadmaps für die Bereiche Technik, Markt
Aber ich möchte Sie ein weiteres Mal auf die anstehenden Neu- und regulatorisches Umfeld zu erstellen. Dies wird als ein wesent-
wahlen des ETG-Vorstands für die Amtsperiode 2017 – 2019 licher Beitrag für eine erfolgreiche und bezahlbare Energiewende
hinweisen. Sie haben mit dieser Mitgliederinformation alle den gesehen.
Wahlbrief erhalten mit den Bewerbungsunterlagen der einzelnen
Kandidaten sowie den Anmeldeinformationen zur Online-Wahl. Sie Abschließend ist es mir eine besondere Freude und Ehre, Sie
haben die Möglichkeit, bis 30. August 2016 ihre Stimme im Internet auf den Beitrag von Elena Fuhr in dieser Mitgliederinformation
abzugeben. Diejenigen, die noch die klassische Briefwahl bevorzu- hinzuweisen. Sie hatte mich Ende letzten Jahres auf ihr Projekt
gen, können die Wahlunterlagen ebenfalls bis 30. August 2016 bei bei den Mapuche Indianern im Grenzgebiet zwischen Chile und
der ETG-Geschäftsstelle anfordern und anschließend ihre Stimme Argentinien aufmerksam gemacht. Bei einem ersten persönlichen
bis 20. September an die ETG-Geschäftsstelle senden. Es gilt Gespräch beschrieb sie mir die Situation dieses indigenen Volkes
hierbei der Posteingang bei der Geschäftsstelle. und erläuterte die ersten Ideen für ihr Projekt. Daraufhin habe ich
einen Fragebogen entwickelt, um weitere Details über die aktuelle
Auch dieses Mal haben wir hervorragende Experten der Ener- Situation und die vorherrschenden Rahmenbedingungen zu erhal-
gietechnik aus dem Kreis der Anwender, Hersteller und den Uni- ten. Dieser Fragebogen wird zurzeit vor Ort bearbeitet und wird
versitäten gewinnen können, sich Ihrer Wahl zu stellen. Meine weitere Informationen zur Fortführung des Projekts liefern. Falls
ausdrückliche Bitte ist: Nehmen Sie ihr Wahlrecht wahr. Es dauert Sie Interesse haben, dieses Projekt mit Ihrer fachlichen Kompe-
wirklich nur ein paar Minuten. Unser gemeinsames Ziel sollte auf tenz zu unterstützen, können Sie sich gerne direkt an Elena oder
jeden Fall eine höhere Wahlbeteiligung als bei der letzten Wahl mich wenden. Hierbei denke ich besonders an unsere Mitglieder,
sein. Wie hoch die war, werde ich Ihnen aber heute nicht verraten. die nicht mehr aktiv im Berufsleben stehen, sich aber noch jung
genug fühlen, mit ihrer Erfahrung engagierten Menschen bei der
In den vergangenen Ausgaben der ETG-Mitgliederinformation Umsetzung ihrer Ideen zu helfen. Auch eine finanzielle Unterstüt-
hatten wir schon mehrfach über die ETG-Taskforce „Grundsätz- zung des Projekts ist möglich, steht aber nicht im Fokus meines
liche Auslegung neuer Netze“ und den von ihr erarbeiteten Re- Aufrufs. Über den Fortgang des Projektes planen wir regelmäßig in
port mit dem Titel „Der zellulare Ansatz – Grundlage einer erfolg- der ETG-Mitgliederinformation zu berichten.
reichen, regionenübergreifenden Energiewende“ berichtet. In den
verschiedenen Foren auf der Hannover Messe 2016 wie „Life Liebe Grüße und Ihnen allen einen schönen Sommer wünscht
needs Power“ oder der „Integrated Energy Plaza“ wurde deutlich, Ihr
dass das Konzept inzwischen von vielen Stellen aufgegriffen und Rainer M. Speh
4 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 2/2016
T: TECHNIK UND TRENDS schlüssen. Mit dem Prüfstand wird weiter- klasse von ca. 1,5 MW ermöglicht es,
hin die Erforschung von Wechselwirkungen aussagekräftige Untersuchungen für Ziel-
zwischen Umrichter und Generator und systeme noch größerer Leistung z. B. im
deren Einfluss auf andere Anlagenkompo- Maßstab ca. 1:10 durchzuführen. Dadurch
T1 Generator-Umrichter-Prüf- nenten wie Lager und Getriebe ermöglicht. wird die Einrichtung auch für industrielle
stand zur Untersuchung Als Beispiele seien hier die Auswirkungen Partner interessant, die im Rahmen von
elektrischer Energiewandler von Oberschwingungen im Stromverlauf, Vorfeldentwicklungen neue Konzepte er-
in Antriebssträngen zusätzliche Erwärmung, lokale Sättigungs proben wollen.
effekte sowie Lagerspannungen und -ströme
genannt. Die erzielten Ergebnisse erlauben Auch neue Umrichterkonzepte, wie z. B.
wiederum eine verbesserte Validierung modulare Multilevel-Umrichter, sollen in
von Berechnungsprogrammen, Diagnose der Prüffeldumgebung des GeCoLab im
verfahren und erweiterten Simulations- verringerten Maßstab untersucht werden
modellen für elektrische und betroffene können. Dazu ist die Flexibilität erforder-
mechanische Komponenten, um den ein- lich, Prüfstandsumrichter gegen zu unter-
gangs genannten Anforderungen bereits in suchende Umrichter auszutauschen.
der Entwurfsphase Rechnung zu tragen.
Aufgrund der oben beschriebenen For-
Prof. Dr.-Ing. Axel Mertens, Dr.-Ing. Jörn Steinbrink, Innerhalb der Energieforschung ordnet sich schungsfragen, der technischen Eigen-
Leibniz Universität Hannover, Leibniz Universität Hannover, das GeCoLab in einen größeren Verbund schaften und der Verbreitung der ver-
Institut für Antriebssysteme Institut für Antriebssysteme
und Leistungselektronik und Leistungselektronik mit den in der Windenergieforschung be- schiedenen Antriebsstrangkonzepte von
reits ausgewiesenen norddeutschen Uni- Windenergieanlagen wurde das in Bild 1
Die experimentelle Untersuchung von elek versitäten Hannover, Oldenburg und Bre- dargestellte Prüfstandkonzept gewählt,
trischen Maschinen und Umrichtern in men (ForWind) und dem Fraunhofer-Institut dessen wichtigste Kenndaten in Tabelle 1
der MW-Klasse ist aufwendig, und in der für Windenergie und Energiesystemtechnik (Seite 5) zusammengefasst sind. Aus-
Industrie fehlen häufig für langfristige und (IWES) ein. In dem Verbund werden auch gestattet ist der Universalprüfstand mit
tiefgreifende Arbeiten verfügbare Versuchs- die wechselseitige Nutzung und Weiter- einer doppelt gespeisten Asynchron
kapazitäten. Der durch eine Förderung entwicklung von Versuchseinrichtungen maschine und einer permanentmagnet
des BMWi realisierte Universalprüfstand und -ergebnissen abgestimmt. Während erregten Synchronmaschine mit jeweils
– primär, aber nicht ausschließlich auf die der am IWES in Bremerhaven betriebene zugehörigen 690-V-Umrichtern sowie ei-
Windenergie ausgerichtet – ermöglicht die Gondel-Prüfstand hauptsächlich auf die ner umrichterbasierten Netznachbildung
Untersuchung stationärer und dynamischer Erprobung und Verifikation begleitend zur mit 4,4 MVA. Die Maschinen sind mit
Eigenschaften elektrischer Maschinen und Produktentwicklung und -optimierung ab- umfangreicher zusätzlicher Messtech-
Umrichter inklusive der Umrichter-Maschi- zielt und damit Prüfanlagen im Verhältnis nik für Temperaturen in Stator und Rotor
ne-Wechselwirkungen. 1:1 erfordert, wird mit dem Generator-Um- und mit Flussmessspulen ausgestattet.
richter-Prüfstand an der Leibniz-Universität Außerdem besteht an den Maschinen die
Hannover die Vorentwicklung des elektri- Möglichkeit, verschiedenste Versuche durch
schen Antriebsstranges sowie die (univer- die Herausführung aller Spulengruppen,
sitäre) Erforschung und Entwicklung von eine einstellbare Exzentrizität und die Appli-
neuen Konzepten und Berechnungswerk- kationsvorbereitung für Stromsensoren in
zeugen abgedeckt. In diesen Phasen des einzelnen Teilen der Maschine durchzufüh-
Innovationsprozesses werden die Anlagen ren. Die zwei Generatoren, die Umrichter
aus Kostengründen im kleineren Maßstab und das Getriebe sind wassergekühlt, die
abgebildet. Die hier gewählte Leistungs- jeweils mit unterschiedlichen Sollwerten für
Die Entwicklung von elektrischen Maschi-
nen und Umrichtern im MW-Bereich ist
trotz jahrzehntelanger Erfahrungen auf dem
Gebiet noch längst nicht abgeschlossen.
Dies liegt u. a. daran, dass sich die An-
forderungen ändern und die eingesetzten
Materialien und elektronischen Bauteile
laufend weiterentwickelt werden. Hinzu
kommt die stetige Forderung nach verbes-
serter Wirtschaftlichkeit bei erhöhtem Wir-
kungsgrad oder erhöhter Zuverlässigkeit.
Mit dem Generator-Umrichter-Prüfstand
(GeCoLab) können nun sowohl konventio
nelle als auch innovative Umrichter- und
Generatorkonzepte einschließlich der um-
richternahen Regelung und Methoden zum
Filterdesign eingehend erforscht werden.
Dies umfasst Untersuchungen zur Dyna-
mik und Systemstabilität, zur stationären
und transienten thermischen Belastung, zu
verschiedenen Methoden der Netzeinspei-
sung und Regelung sowie zum Verhalten
bei Netzfehlern wie z. B. Spannungsein-
brüchen, Phasenkurzschlüssen oder Erd- Bild 1: Systemschaltbild des Generator-Umrichter-Prüfstandes
ETG-Mitgliederinformation 2/2016 T: TECHNIK & TRENDS 5
installiert. Einen Eindruck des fertigge-
Spannfeldgrundfläche 10 m x 4,3 m stellten Generator-Umrichter-Prüfstandes
zeigt Bild 2. Zurzeit befindet sich ein erster
Maximales Komponentengewicht 20 t Prüfling, eine fremderregte Synchronma-
schine aus einer Industriekooperation, in
PN = 1,2 MW der Inbetriebnahmephase.
Permanentmagneterregte Synchronmaschine
nN = 375 min-1 (0 – 750 min-1)
mit zugehörigem Vollumrichter
Der konsequent auf Universalität ausgeleg-
te Prüfstand bietet die erforderlichen Varia-
PN = 2,08 MW tionsmöglichkeiten, um dem Anspruch zu
Doppeltgespeiste Asynchronmaschine mit zuge-
nN = 1780 min-1 genügen, die Vielfalt aktueller und zukünf-
hörigem Windumrichter
tiger Antriebstopologien sowohl in der Ge-
samtheit als auch an Einzelkomponenten
Umrichterbasierte Netznachbildung SN = 4,4 MW
untersuchen zu können. Gerne nehmen
Tabelle 1: Ausstattungskenndaten
wir Fragen und Anregungen entgegen.
Vorlauftemperatur und Durchflussmenge Netzspannung im Fehlerfall für jede Phase
betrieben werden können. Eine aufwendi- getrennt vorgegeben werden.
T2 Zweites Leben für Elektro-
ge Schaltvorrichtung ermöglicht verschie- auto-Akkupacks
denste Konstellationen der zu prüfenden Der Generator-Umrichter-Prüfstand wurde
Geräte, einschließlich der Verwendung in einer Komplettausstattung realisiert, so
eines (nicht im Bild dargestellten) zusätz- dass der Prüfstand ohne weitere Kom-
lichen Umrichterprüflings, der zwischen ponenten bereits funktionsfähig ist. Zur
Netz bzw. Netznachbildung und einer der Durchführung von weiteren Versuchen
Maschinen verschaltet werden kann. können in der Anlage jeweils einzelne Kom-
ponenten gegen Prüflinge ausgetauscht
Ehsan Rahimzei, MBAE
Aufgrund der Back-to-Back-Anordnung werden. Folgende Komponenten sind zum Projektmanager
der Maschinen muss aus dem 10 KV-Netz Tausch gegen einen Prüfling vorgesehen: VDE e.V., Bereich Technik
& Innovation
lediglich die Verlustleistung der Genera-
• Doppelt gespeister Asynchrongenerator
toren und Umrichter bereitgestellt wer-
(DFIG) Neue Studie analysiert Nachnutzung
den. Mit dem in Bild 1 (Seite 4) gezeigten
FRT-Netzwerk (Fault-Ride-Through) wird • Rotorseitiger Umrichter für DFIG gebrauchter Elektroauto-Akkupacks
die Prüfung der Reaktion auf Netzfehler er- • Synchrongenerator (SG) sowie ökonomische und ökologische
möglicht. So können zwei- und dreipolige • Vollumrichter für Synchrongenerator Potenziale
Kurzschlüsse, ein unsymmetrisches Netz
oder Harmonische in der Netzspannung Beim Tausch eines Generators zusammen Elektroautos, vorausgesetzt ihr Strom
simuliert werden, ohne dass es zu Beein- mit dem zugehörigen Umrichter sind auch speist sich aus regenerativen Energien,
flussungen des 10-kV-Netzes kommt. Die vielfältige andere Kombinationen realisier- sind gut für die Umwelt. Was aber pas-
durchgängigste und beste Lösung dafür bar, beispielsweise kann der DFIG gegen siert mit den Batterien am Ende ihrer Nut-
ist das Verfahren, die für den Versuch ge- einen Asynchrongenerator mit Vollumrich- zungsdauer? Da diese Akkus oft noch
wünschte fehlerbehaftete Netzspannung ter getauscht werden. Ein zügiger Wechsel Speicherkapazitäten von bis zu 80 Prozent
durch einen Umrichter mit einer speziellen der Komponenten wird durch ein Spann- aufweisen, ist es sinnvoll, diese aufwän-
Steuerung und Regelung bereitzustellen. feld sowie einen bauseitigen 20t-Kran er- dig hergestellten Energiespeicher weiter
Um die erhöhten Fehlerströme realisieren möglicht. Das Maschinenfundament ist zu verwenden. Zu diesem Schluss kommt
zu können, muss dieser Umrichter auf der mittels pneumatischer Federelemente vom die neue Studie „Second-Life-Konzepte
Ausgangsseite leistungsfähiger sein als auf Gebäude entkoppelt. Für einen Wechsel für Lithium-Ionen-Batterien aus Elektro-
seiner Eingangsseite. Mit Hilfe dieses Um- der Umrichter gegen einen Prüfling wurde fahrzeugen“. Entstanden unter der Feder-
richters können gezielt Zeitverläufe für die außerdem ein gut zugängliches Klemmfeld führung des VDE, untersucht die Studie
die ökonomischen Potenziale und den
ökologischen Footprint für die Wiederver-
wertung von Lithium-Ionen-Batterien. Sie
zeigt, welche Anwendungen der ausge-
dienten Elektrofahrzeug-Batterien möglich
sind, wie sie sich in Bezug auf Rest- und
Kapitalwert im Vergleich zu Neu-Batterien
rechnen, welchen Einfluss die Weiterver-
wendung auf die Total-Cost-of-Ownership
eines Elektrofahrzeugs hat und welchen
Umweltvorteil die sogenannten Second-
Life-Batterien besitzen.
Das Ergebnis der Studie: Es besteht ein
signifikantes wirtschaftliches und ökologi-
sches Potenzial für Second-Life-Konzepte,
wenn der Markt für Elektromobilität und
Batteriespeicher wie vorgesehen wächst.
Zwei vielversprechende Anwendungen
sind die Bereitstellung von Regelleistung
für Stromnetzbetreiber und der Einsatz als
Hausspeicher, die an Photovoltaikanlagen
Bild 2: Foto der gekoppelten Maschinen und des Anschlussfeldes während der Inbetriebnahme gekoppelt sind.
6 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 2/2016
So kommen die Experten zu dem Ergeb-
nis, dass sich ein Second-Life-Betrieb
sowohl für die Bereitstellung von Primär-
regelleistung (PRL) als auch für den Ein-
satz in Hausspeichersystemen (HSS) als
wirtschaftlich vorteilhaft gegenüber der
Verwendung von Neubatterien erweist.
Basierend auf Berechnungen nach der
Kapitalwertmethode prognostizieren die
Experten für PRL eine Steigerung des Ka-
pitalwerts um 33 Prozent, für HSS eine
Verbesserung um 26 Prozent. Der Umwelt-
vorteil von Second-Life-Batterien ist offen-
sichtlich, wenn durch ihre Anwendung die
Produktion von Neu-Batterien vermieden
wird. Je Kilowattstunde Nennkapazität der
Traktionsbatterie bestimmen die Experten
ein Treibhausgas-Einsparpotenzial von 34
bis 106 kg CO2-Äquivalenten für die Be-
reitstellung von PRL und von 30 bis 95 kg
CO2-Äquivalenten für den Einsatz als HSS.
Werden Traktionsbatterien bei einer Rest-
kapazität von 80 Prozent für Second-Life-
Anwendungen wiederaufbereitet, dann be-
trägt ihr maximaler Verkaufswert rund 50
Prozent der Kosten einer Neubatterie. Der
Restwert einer Second-Life-Batterie wie-
derum wird maßgeblich von der Entwick-
lung der Recyclingkosten beeinflusst.
Wesentliche Stellschrauben für den Erfolg
von Second-Life-Produkten liegen in der
Standardisierung von Batteriemodulkonzep-
ten im Automotive-Bereich, der Optimie-
rung des Wiederaufbereitungsprozesses
und Detailkenntnissen über die Second-
Life-Anwendungen. Zudem wurden folgen-
de Aspekte identifiziert:
• Die Prüfung der Module von Traktions-
batterien auf ihre Weiterverwendungs-
fähigkeit in Second-Life-Batterien ist mit
hohem Aufwand verbunden. Es besteht
ein Bedarf an Alterungsschnelltests oder
besser noch einer kontinuierlichen Auf-
zeichnung geeigneter Zustandsgrößen in
der Erstanwendung.
• Die Anforderungen von Sicherheitsre-
gularien sind zu berücksichtigen und zu verhindert und die Wirtschaftlichkeit des Beirat namhafter deutscher Industrieun-
bedenken. Dies gilt insbesondere für die Second-Life-Betriebs weiter gesteigert ternehmen, Forschungseinrichtungen und
Transportnorm UN 38.3, welche eine er- werden. Universitäten (bestehend aus Daimler, Bat-
neute Begutachtung bei Restkapazitäten teryLabFactory Universität Braunschweig,
kleiner als 80 % vorsieht. Die Studie „Second-Life-Konzepte für Lithium- BMW, Fraunhofer ISI | IVI | ICT | ISE, Bat-
Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen“ teryUniversity, ERCIS | MEET Universität
• Je besser das Lastprofil der Second- unter der Gesamtleitung des VDE wurde Münster, RWE, BTU Cottbus, Younicos,
Life-Anwendung auf den Alterungszu- von der FfE Forschungsstelle für Energie- ZSW) begleitet.
stand der Traktionsbatterie abgestimmt wirtschaft e.V. und dem EES Lehrstuhl für
ist, desto länger kann deren maximale Elektrische Energiespeichertechnik der Download: www.vde.com/studien
Einsatzzeit dauern: Grundsätzlich soll- Technischen Universität München im Rah-
ten hohe Laderaten, hohe Ladeschluss- men der Begleitforschung Schaufenster
spannungen sowie extreme (besonders Elektromobilität der Bundesministerien für
tiefe) Temperaturen im Second-Life ver- Wirtschaft und Energie (BMWi), Bildung
mieden werden. und Forschung (BMBF), Verkehr und di-
• Durch zunehmendes Wissen über Alte- gitale Infrastruktur (BMVI) und Umwelt,
rungsverläufe und Weiterentwicklung der Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit
Batterie-Zellchemie kann eine übermäßi- (BMUB) erstellt. Die Studie wurde inhaltlich
ge, nichtlineare Alterung gegebenenfalls im Rahmen von Workshops durch einen
ETG-Mitgliederinformation 2/2016 T: TECHNIK & TRENDS 7
T3 Mobilität 2025: Unfallfrei – und zum Teil sogar überflüssig machen. auch außerhalb der großen urbanen Zen-
aber mit Datenrisiko Die Studie untersucht zwei Szenarien der tren. Der Fahrer der Zukunft wechselt sei-
künftigen Entwicklung: Koexistenz oder nen Verkehrsmodus (z. B. vom Fahrrad zur
Konvergenz von IKT für Automotive. Seit Bahn und dann zum Elektroauto) in Rela
kurzem scheinen sich die großen Herstel- tion zu Zeit und Kosten.
ler aus der Auto- und der Internet-/IT-Welt
zu verbünden, um gemeinsam die unver- Fahrverbot für nicht vernetzte Autos
meidliche Umwälzung voranzutreiben. Die denkbar
IKT werden die Leistungsfähigkeit und die
Dr. Patrick Ester,
Effizienz der Verkehrssysteme nachhaltig Bei der Fahrzeugkommunikation steht der
Projektleiter verbessern. Die hochgradige Vernetzung Informationsaustausch zwischen techni-
VDE e.V., Bereich Technik
& Innovation
in Intelligenten Verkehrssystemen (IVS) sei schen Systemen untereinander (Internet
die Basis für eine Vielzahl von Anwendun- der Dinge) im Vordergrund. Die Fahrzeuge
gen im Bereich Sicherheit, Nachhaltigkeit kommunizieren mit Infrastrukturelementen
Neue Studie im Auftrag des BMWi
und Komfort. Dabei werden IKT selbst zum wie Ampeln oder Verkehrserfassungssys-
analysiert Zukunftsszenarien von IKT
Innovationstreiber in IVS: Sie unterstützen temen, aber auch untereinander. 2025
und Mobilität – Autohersteller werden
die Automatisierung des Verkehrs und er- wird fast jedes neu zugelassene Fahrzeug
integrierte Technologiekonzerne
lauben neuartige, datengetriebene Dienste mit anderen Fahrzeugen und der Verkehrs
und Geschäftsmodelle. infrastruktur kommunizieren können. Da-
Nie wieder ein Unfall, nie wieder Stau.
mit würden auch vollumfänglich autonome
Dies könnte 2025 nach einer neuen Studie
Die Beziehung zwischen Automobilindu- fahrerlose Systeme im normalen Straßen-
Realität werden. Neue Informations- und
strie und IT-Branche sei nach wie vor ein verkehr in greifbare Nähe rücken. Um den
Kommunikationstechnologien (IKT) werden
Kooperationswettbewerb (Coopetition), so Hemmschuh des Mischverkehrs aus Fahr-
unsere jetzige Verkehrsinfrastruktur einmal
die Studie: In Kooperationen werden zeugen mit sehr unterschiedlicher „Intelli-
komplett umkrempeln. Die Fahrzeuge der
Produkte und Dienstleistungen aus der genz“, d. h. sehr unterschiedlichen Graden
Zukunft verfügen über eine präzise Ortung
IT-Branche ins Fahrzeug integriert, um den an Vernetzung und Automatisierung, zu
und hochgenaue digitale Karten mit dyna-
Kundennutzen zu erhöhen, andererseits beseitigen, sei es sogar denkbar, dass
mischen Umfeldinformationen. Gleichzeitig
seien beide Branchen Konkurrenten um Fahrzeugen ohne Fähigkeit zur Car-to-X-
wird die Vernetzung von Fahrzeugen, Infra
den Zugang zum Endkunden für Mehr- (Car-to-Car- und Car-to-Infrastructure-)
strukturen und Daten-Clouds die Sicher-
wertdienste und die Bindung an das ei- Kommunikation die Teilnahme am öffentli-
heit, Nachhaltigkeit und den Komfort im
gene Unternehmen. Deshalb entwickeln chen Straßenverkehr künftig verwehrt würde.
Verkehr deutlich verbessern. Die heutige
die meisten Automobilhersteller weiterhin
Mobilität, die sich seit den fünfziger Jahren
proprietäre IT-Systeme für ihre Fahrzeuge, Die Studie wurde im Rahmen der Begleit-
kaum verändert hat, wird bis 2025 durch
zu denen den großen IT-Unternehmen der forschung zum Technologieprogramm IKT
die Aufhebung der Grenzen zwischen Ver-
Zugang verwehrt werde. Für Konnektivi- für Elektromobilität II (BMWi) vom VDE
kehrs- und Kommunikationsinfrastruktur
täts- und automatisierte Fahrfunktionen Verband der Elektrotechnik Elektronik In-
auf eine völlig neue Ebene gehoben. Ver-
dominieren dabei klassische produktba- formationstechnik e.V. betreut. Autoren
netzte, automatisierte Fahrzeuge werden
sierte Erlösmodelle. Die notwendige Hard- der Studie sind die Technische Universi-
ihre Fahrmanöver koordinieren und den
und Software wird als aufpreispflichtige tät Dresden (Vodafone Stiftungslehrstuhl
Verkehrsfluss optimieren.
Sonderausstattung verkauft. Mobile Nachrichtensysteme, Dr. Andreas
Festag), das IVM Institut für Vernetzte
Dies sind Ergebnisse der Studie „Mobilität Autohersteller werden zu integrierten Mobilität gGmbH (Marco Rehme) und das
2025: Koexistenz oder Konvergenz von Technologiekonzernen IFAK Institut für Automation und Kommu-
IKT für Automotive?“, die im Rahmen des nikation e.V., Magdeburg. Die Studie wur-
Technologieprogramms IKT für Elektromo- Dieser Kooperationswettwerb wird in den de inhaltlich durch einen Beirat namhafter
bilität II des Bundesministeriums für Wirt- nächsten zehn Jahren durch echte Koope- deutscher Industrieunternehmen (bestehend
schaft und Energie (BMWi) im Auftrag des rationen mit einer umfassenden Öffnung aus BMW, Continental, Deutsche Telekom,
VDE erstellt wurde. Ein weiteres Ergebnis gegenüber der andere Seite (Cooperation) DLR, Innoman, Siemens, Toyota, VDE, Vo-
der Studie: Neue Informations- und Kom- ersetzt. Aus den Automobilherstellern wer- dafone und Volkswagen) begleitet.
munikationstechnologien revolutionieren nicht den dabei integrierte IT-/Auto-Technologie-
nur den Autoverkehr, sondern auch die konzerne, entweder durch den notwendi- Download: www.vde.com/studien
heutige Automobilbranche. IKT wird die gen Aufbau neuer eigener Kompetenzen
Automobilindustrie mit der Kommunika oder durch branchenübergreifende Fusio-
tionstechnologie zusammenführen, wenn nen und Übernahmen (Consolidation), so
nicht sogar verschmelzen. Durch die Ver- das Konvergenz-Szenario der Studie.
netzung wird die zunehmende Elektrifi-
zierung der Antriebsstränge nicht mehr Für Konnektivitätsfunktionen und automa-
aufzuhalten sein. Einziges Risiko bleiben tisierte Fahrfunktionen werden sich neue
die Daten: Das Unfallrisiko wird durch das dienstleistungsbasierte Erlösmodelle aus
Datenrisiko ausgetauscht. Statt Safety der IT- und Kommunikationswelt durchset-
(Verkehrssicherheit) stehe künftig Security zen. Gegen Entgelt (Abo oder Nutzungs-
(Datensicherheit) im Vordergrund. gebühr) kann der Fahrer Softwareupdates
und neue Fahrzeugfunktionen freischalten.
Die Revolution im Autoverkehr wird von Die verschiedenen Verkehrsträger und -an-
der IKT vorangetrieben. Die neue Kom- bieter werden durch multi- und intermo-
munikationsinfrastruktur wird die traditio dale Plattformen verbunden. „Mobility as
nelle Verkehrsinfrastruktur umkrempeln a Service“ wird zum Massenphänomen,
8 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 2/2016
T4 Gleichstrom im Nieder- Vorteile von Gleichstrom Auch unter dem Gesichtspunkt der Ener-
spannungsbereich gieeffizienz stellt Gleichstrom eine Alterna-
Oft wird Gleichstrom von dezentralen Ener- tive dar. Beispielsweise können viele unnö-
gieerzeugern produziert oder in ihren Um- tige Wandlungsverluste vermieden werden,
wandlungen genutzt. In den meisten Ver- da Einzelnetzteile überflüssig werden. Ge-
brauchern wird Gleichstrom zur internen rade bei Gebäudeinstallationen wäre ne-
Versorgung der einzelnen Funktionskom- ben einem Wechselspannungsnetz eine
Henriette Boos,
ponenten eingesetzt. Viele elektronische Gleichstrominfrastruktur denkbar.
Projektmanagerin im Bereich Betriebsmittel könnten mit Gleichspannung
Standardisierung + Innovationen
der DKE Deutsche Kommission
versorgt werden, ohne Konvertierungsver- Wirtschaftliche und rechtliche
Elektrotechnik Elektronik Infor- luste hinnehmen zu müssen. Umwande- Rahmenbedingungen
mationstechnik in DIN und VDE,
Frankfurt am Main
lungsverluste von Wechselspannung in
Gleichspannung könnten somit eingespart Zurzeit sind nur Nischenapplikationen wie
werden, große Netzteile wären überflüssig zum Beispiel Rechenzentren entstanden
Einführung
und Investitionskosten könnten eingespart und daher ist die Marktentwicklung schwer
werden. Davon würden nicht nur Endver- abzuschätzen. Denkbar wäre eine dezen-
Solarzellen als alternative Stromlieferanten braucher, sondern auch Hersteller profitie- trale Energieversorgung und -speicherung
produzieren Gleichstrom (DC). Wenn man ren. AC/DC-Wandler könnten damit entfal- in Zukunft in Regionen wie zum Beispiel In-
sich in der Wohnung umsieht, fällt einem len. dien, Afrika und vielleicht auch in Südame-
auf, dass die meisten Geräte wie Fern- rika ausschließlich über Gleichstrom, denn
seher, Computer und Telefone intern mit Die Nutzung eines DC-Netzes könnte nur mit Gleichstrom ist eine größere Reich-
DC betrieben werden. Aus der Steckdose daher einige technische Vorteile mit sich
weite und höhere Leistung mit/über das-
kommt jedoch Wechselstrom – wie passt bringen: selbe Kabel/Leitung möglich. Die Nutzung
das zusammen? Es stellt sich die Frage, ob von Gleichstromsystemen ist in Schwel-
der von den Solarzellen gelieferte Gleich- • Umwandlungsschritte entfallen
lenländern in vielen Bereichen denkbar: so
strom erst verlustbehaftet nach AC umge- • Geringerer Materialaufwand wird zum Beispiel in Indien 20 % der elek
wandelt werden muss, wenn die meisten • Reduzierte Umwandlungsverluste trischen Energie für Bewässerungspum-
Geräte im Haushalt intern ohnehin mit DC pen benötigt. Diese Systeme sollen auf
• Echte Unterbrechungsfreiheit
betrieben werden und Netzteile nutzen, die dezentrale Gleichstromlösungen mit PV
die Spannung heruntertransformieren und • Entfallen der 5 - 8 ms Umschaltzeit zur
Erkennung von Abweichungen in Phasen- umgestellt werden, die sich innerhalb von
den Strom gleichrichten. drei Jahren amortisieren.
lage, Phasenwinkel und Amplitude von
Bypass und Transferschalter
Die Stromabnehmer sind beispielsweise Sicherheit und Schutzkonzepte
Leuchten, Haushaltsgeräte, Unterhaltungs • Verbesserung der Netzqualität
elektronik oder in der Industrie Werkzeug- • Problematik von AC-Oberschwingungen Schutzziele sollen die Sicherheit von Per-
maschinen. Bei genauerer Betrachtung ist entfällt sonen, Nutztieren und Sachwerten bei
jedoch festzustellen, dass es die unzähli- • Effizientere Nutzung des vorhandenen bestimmungsgemäßen Gebrauch elek
gen Motoren, Lampen, Netzteile und elek- Leiterquerschnittes trischer DC-Anlagen und -Geräten sicher-
tronischen Bauteile sind, in denen die elek- stellen. Gefährliche Körperströme und
trische Energie in andere Formen wie Licht Ein Gleichstromsystem wäre für Energie überhöhte Temperaturen, die möglicher-
oder Bewegung umgesetzt werden. Die erzeuger wie Photovoltaikanlagen und Brenn weise Verbrennungen und Brände verur-
meisten dieser Elemente erfordern bereits stoffzellen gut geeignet. Die Energieerzeu- sachen können, gehören zu den Risiken.
heute Gleichstrom oder lassen sich einfach ger erzeugen oft Gleichstrom (zum Beispiel Ebenso bergen Überstrom, Unterbrechung
umrüsten, etwa durch Einsatz von Univer- Photovoltaik, Brennstoffzelle). Dieser muss der Stromversorgung und Lichtbögen zu-
salmotoren, die sowohl mit AC als auch mit in einem AC-System aber erst umgewan- sätzliche Gefahren.
DC funktionieren. delt werden, um daraufhin in das elektri-
sche System des Gebäudes eingespeist Besonders zu betrachten ist die Perso-
Historisch bedingt wurde unser elektri- zu werden, um letztendlich doch wieder nengefährdung bei Gleichstrom durch
sches Energieversorgungssystem entwor- in Gleichspannung zurückgewandelt zu den elektrischen Schlag. Im Bereich der
fen, um aus zentralen Erzeugungsanlagen werden, wo er dann für viele Endanwen- Niederspannung werden die meisten Ge-
den Wechselstrom in Richtung dezentraler dungen benutzt werden kann. Diese räte von Laien bedient und betrieben, die
Verbraucher zu bewegen. Haushalte und DC-AC-DC-Umwandlungen führen zu er- elektrische Sicherheit spielt deswegen
Unternehmen werden über Hoch-, Mittel- heblichen Energieverlusten und könnten in gerade hier eine besondere Rolle. Wie in
und Niederspannungsleitungen mit elek- einem DC-Netz reduziert werden. der Tabelle (Seite 9) dargestellt, existieren
trischer Energie versorgt. Abnehmer sind mittlerweile zahlreiche elektrische Anlagen
dann die Leuchten, Motoren, Netzgeräte Mikroturbinen, kleine Wasserkraftwerke und mit einer Nennspannung oberhalb der
und andere Verbraucher in Haushalten und Windkraftanlagen mit variabler Drehzahl zulässigen Berührungsspannungsgrenzen
Industrie. Das bestehende Netz weist eine erzeugen Wechselstrom mit einer ande- von 120-V-DC.
hierarchische Struktur auf, jedoch ändert ren Frequenz als das Netz und brauchen
sie sich durch die Einbindung regenerativer daher einen AC/DC/AC-Wandler. Diese Die Wirkungen des elektrischen Gleich-
Energiequellen (Wind, Solar, Biomasse), Erzeuger können aus der Verbindung mit stroms auf den Menschen und Tiere ist
wodurch Einspeisequellen und Einspeise- einem DC-System ebenfalls profitieren, meist nur auf physiologischer Basis be-
orte hinzugekommen sind und weiterhin da auch hier der DC/AC-Wandler entfernt kannt. Zu den Wirkungen gehören neben
dazukommen. Die Verbraucher von heute werden oder durch einen einfacheren und der reinen Wahrnehmung die Muskelkon-
und die Erzeuger erneuerbarer Energien kostengünstigeren DC/DC-Wandler ersetzt traktion mit Verkrampfung, das Herzkam-
verlangen, dieses Modell zu überdenken. werden kann. merflimmern und elektrochemische Effek
te wie zum Beispiel die Verätzung und
Gleichstrom wird Wechselstrom wahr- Auch Batterie- bzw. Speichersysteme kön- die Hämolyse. Ein Schwellenwert für eine
scheinlich nicht ersetzen aber ergänzen, nen ohne Wandler direkt an das System Loslassschwelle bei Gleichstrom ist nicht
und dann werden Lösungen für den Ein- angeschlossen werden, was Kosten ein- bekannt. Während Versuche zur Wahr-
satz von Gleichstromsystemen benötigt. spart und Verluste reduziert. nehmung einfach an Versuchspersonen
ETG-Mitgliederinformation 2/2016 T: TECHNIK & TRENDS 9
wird angeraten die energetischen Be-
trachtungen und Berechnungsformeln zu
untersuchen. Im Bereich der elektromag-
netischen Verträglichkeit (EMV) sollten zum
Beispiel die EMV-Normen für mit Gleich-
strom betriebene Betriebsmittel überprüft
und ggf. neu erstellt werden und auch
eine Festlegung von EMV-Grenzwerten
für universell einsetzbare und skalierbare
DC-Stromversorgungssysteme erfolgen.
Forschung und Empfehlungen
Die Idee eines Gleichstromsystems findet
auch in der Forschungslandschaft einen
Platz. Es gibt eine ganze Reihe an Projek-
ten, die sich mit diesem Thema beschäfti-
gen. So wird zum Beispiel die Auswirkung
von Gleichstrom auf den menschlichen
Körper untersucht, die Isolationskoordi-
nation neu hinterfragt oder die Installation
eines DC-Microgrids in einem Bürogebäu-
de realisiert. Aber es gibt auch hier noch
einige Lücken hinsichtlich der Forschung.
So wäre zum Beispiel eine Fortführung
von Untersuchungen in Hinblick auf die
Tabelle: Anwendungen und Spannungslagen fehlende Loslassschwelle bei Gleichstrom
anzuraten, ebenso die thermischen Aus-
durchgeführt werden können, sind Versu- gen überprüft werden sollten, sind auch wirkungen auf den Körper und die spezifi-
che zur Untersuchung der Flimmerschwel- Steckverbinder, Steckvorrichtungen und schen Wirkungen auf das Blut.
le am Menschen nicht möglich. Klemmen nicht ausreichend in der Nor-
mung abgedeckt. Das Gleiche gilt für Nor- Forschungsbedarf besteht auch auf dem
Aber auch der Schutz bei Überspannung men im betrachteten Anwendungsbereich Gebiet der Lichtbogenthematik bei Gleich-
ist hinsichtlich des Auftretens temporärer der Photovoltaik. So wird sowohl bei der strom. Auch sind hier entsprechende
Überspannungen in DC-Netzen nicht zu DIN VDE V 0124-100 (VDE V 0124-100) Normen bzgl. des stromlos und span-
unterschätzen und gesondert zu analy- „Netzintegration von Erzeugungsanlagen nungsfreien Steckens bzw. Trennens in
sieren. Hierbei ist besonderes Augenmerk – Niederspannung – Prüfanforderungen DC-Systemen zu erarbeiten. Somit ergibt
darauf zu legen, eine Unterscheidung nach an Erzeugungseinheiten vorgesehen zum sich als grundlegende Anforderung ein
den Ursachen der Überspannung vorzu- Anschluss und Parallelbetrieb am Nieder- Verpolschutz des Steckers sowie eine Ver-
nehmen, d.h. die Überspannung durch ei- spannungsnetz“ als auch bei DIN VDE hinderung von Gefährdungen für Perso-
nen Blitzeinschlag und die Überspannung 0100-712 (VDE 0100-712) „Errichten von nen und Sachen beim Ziehen unter Last.
durch Oszillationen im Netz getrennt zu Niederspannungsanlagen – Teil 7-712: An- Das Einstecken eines Steckers mit direk-
betrachten. forderungen für Betriebsstätten, Räume ter Stromaufnahme des Verbrauchers ist
und Anlagen besonderer Art – Solar-Pho- ebenfalls zu vermeiden, da es zu Lichtblit-
Bei Nutzung von Gleichstromsystemen ist tovoltaik- (PV)-Stromversorgungssysteme“ zen und Abbranderscheinungen an den
zusätzlich die Gefährdung durch DC-Licht- eine Anpassung an DC-Netze als notwen- Steckkontakten führen kann. Letztendlich
bögen zu betrachten; im Vergleich zu kon- dig beschrieben, da einige Prüfverfahren müssen Steckverbinder in „laienbedien-
ventionellen AC-Netzen stellen diese Netze evtl. entfallen würden (zum Beispiel Wech- bar“, d.h. verpolsicher, trennen unter Last
ganz neue Anforderungen an Steckverbin- selrichter) bzw. andere ergänzt werden und werkzeuglos und „nicht-laienbedien-
der, Schalter und Leitungen. Durch das müssen (DC/DC-Wandler). bar“ unterschieden werden.
Fehlen des Nulldurchgangs, wie er in ei-
nem 50-Hz-AC-Netz auftritt, entsteht beim Besonderes Interesse gilt der Festlegung Die Deutsche Normungs-Roadmap
Schalten, Trennen oder bei Isolationsfeh- der Spannungsebenen. In der Internati- „Gleichstrom im Niederspannungs
lern ein Lichtbogen, welcher das Material onalen elektrotechnischen Kommission bereich“
erheblich beansprucht, schädigt und letzt- (IEC) wurden in dem Gremium „Low Vol-
endlich die Funktionalität beeinträchtigt. Es tage Direct Current Applications, Distribu- Mit dem Aufkommen der Photovoltaik
muss gezielt auf die Vermeidung der Ge- tion and Safety for use in Developed and zur alternativen Stromerzeugung und der
fährdung beim Ziehen eines Steckers unter Developing Economies” zwei bevorzugte Neuentdeckung der Elektromobilität – bei-
Last hingewiesen werden. So gehören zu Spannungsebenen definiert; für den nied- des Anwendungsgebiete, die mit höheren
den Basiselementen für Sicherheit und Be- rigen Leistungsbereich liegt sie bei 48 V, Gleichspannungen arbeiten und im unmit-
trieb neben dem Basis- und Fehlerschutz für höhere Leistungsbereiche bei 380 V. telbaren Zugriff der Nutzer stehen – wurde
auch der Zusatzschutz zum Beispiel gegen Wegen der gesonderten Gegebenheiten in offensichtlich, dass zeitnah entsprechend
direktes Berühren. den Vereinigten Staaten von Amerika wur- sichere Systeme zur Verfügung stehen
de ergänzend die Spannungsebene 24 V müssen. Hierfür wurde in den letzten Jah-
Spannungsebenen und Normungs festgelegt. ren durch verschiedene wissenschaftliche
bedarf Untersuchungen und Entwicklungen die
Weitere Betrachtungen hinsichtlich des Grundlage gelegt. Für das Einführen eines
Viel Normungsbedarf tut sich im Bereich Normungs- und Forschungsbedarfs gelten Gleichstromnetzes gab es bislang keinen
der Betriebsmittel und Komponenten auf. den Bereichen Schutz gegen thermische zwingenden Grund, obwohl die meisten
Neben den Kabeln, bei denen die Verle- Einflüsse, Korrosionsschutz und EMV. Bei Informations- und Unterhaltungsgeräte in-
gearten in den Errichtungsbestimmun- dem Schutz gegen thermische Einflüsse tern mit Gleichstrom arbeiten und wegen
10 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 2/2016
parallelen Betrieb von Verbrauchern im
DC-Netz gerecht werden zu können.
Die Normungs-Roadmap „Gleichstrom im
Niederspannungsbereich“ kann kostenlos
unter www.dke.de/Gleichstrom-Roadmap
heruntergeladen werden.
T5 VDE/ETG-Task Force
Zentrale und dezentrale
Erzeugung
Prof. Dr.-Ing. Günther Brauner,
TU Wien, Leiter des FB V1
„Zentrale und dezentrale
Erzeugung“
der Wechselstromversorgung eine Trans- des Erarbeitungsprozesses stand bei der
formation und Gleichrichtung mittels Netz- Normungs-Roadmap eine umfangreiche Mit dem Energiekonzept der Bundesregie
teil erforderlich ist. Gleichstrom fristete in Kommentierung durch die breite Öffent- rung wurde in Deutschland ein langfristiger
den vergangenen 100 Jahren allenfalls ein lichkeit. In einer abschließenden Redak- Fahrplan zur Verbesserung des Klima-
Nischendasein. Doch heute wird er immer tionssitzung wurden sämtliche Kommen- schutzes und zum Umbau der Energie-
wieder angesprochen, und das nicht nur in tare diskutiert und gegebenenfalls einge- versorgung auf regenerative Technologien
der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertra- arbeitet. festgelegt. Bis zum Jahr 2050 soll der
gung (HGÜ), sondern auch im Niederspan- Bruttoendenergiebedarf zu 60 % und der
nungsbereich. Jedoch ist auch Vorsicht Inhaltlich ist die Normungs-Roadmap in Elektrizitätsbedarf zu 80 % auf Erneuer
geboten, denn bisherige Schutzkonzepte, sechs Abschnitte gegliedert: bare Energie (EE) umgestellt werden. In
Schaltgeräte und Versorgungseinrichtun- einer Arbeitsgruppe der VDE-ETG-V1
• Voraussetzungen für DC-Anwendungen,
gen, die für Wechselstrom entwickelt sind, wurde untersucht, welche Auswirkungen
gesetzliche Rahmenbedingungen und
lassen sich nicht eins zu eins auf Gleich- diese Vorgaben auf die Infrastrukturen der
Festlegungen
strom übertragen. Elektrizitätsversorgung haben und welcher
• Schutzziele und Schutzkonzepte Handlungsbedarf für die zukünftige Ent-
Zusammenfassend lässt sich feststellen, • Basiselemente für Sicherheit und wicklung der nachhaltigen Energieversor-
dass Gleichstrom Vorteile aufweist, die ihn Betrieb gung besteht.
für einen breiten Einsatz interessant ma- • Technologien
chen. Um einen Überblick über das brei- Die Energiewende stellt einen Weg nach-
te Anwendungsgebiet von Gleichstrom zu • Regelung und Koordination haltigen Energieversorgung mit einer da-
geben, aber auch um Lücken und Hand- • Anwendungsfelder mit langfristig gültigen Zielvorgabe dar.
lungsempfehlungen aufzuzeigen, wurde Dieser Weg ist daher als langfristiger
die Normungs-Roadmap „Gleichstrom im Durch die Komplexität des Themas tau- Evolutionsprozess und nicht als kurzfristi-
Niederspannungsbereich“ erarbeitet. chen bestimmte Aspekte wie zum Beispiel ger Revolutionsprozess zu verstehen und
die Gefahr durch Lichtbögen vielfach un- hängt von vielen, noch zu gestaltenden
Sie ist eine Gemeinschaftsarbeit von tech- ter verschiedenen Gesichtspunkten auf. Aspekten und Rahmenbedingungen, z. B.
nischen Experten der Deutsche Kommis- Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse technologischer, wirtschaftlicher, umwelt
sion Elektrotechnik Elektronik Informa- bei den Arbeiten dieser Roadmap sind politischer und gesellschaftlicher Art ab. Er
tionstechnik in DIN und VDE (DKE) und die Gremien aufgefordert zu prüfen, ob ist nicht vollständig planbar, sondern stellt
der involvierten Interessenvertretungen ihre Normen das Thema Gleichstrom einen längerfristigen, evolutionären Anpas-
und Fachkreise. Die mitwirkenden Perso- bereits hinreichend abdecken, und ggf. sungsprozess dar, dessen Ziel die Sub-
nen kommen aus den unterschiedlichen festgestellte Lücken zeitnah zu schließen. stitution von fossiler Energie vorwiegend
Bereichen der Industrie und Forschung, In dieser ersten Version der Normungs- durch nachhaltig gewonnene Elektrizität
aber auch von Verbänden und der Politik. Roadmap konnten jedoch noch nicht alle ist. Die zukünftigen Rahmenbedingungen
Dies ist wichtig, um wirklich alle Aspekte Bereiche hinreichend beleuchtet werden. bestimmen daher neben der technologi-
beleuchten zu können, denn umso facet- Daher ist die zeitnahe Aufnahme der Arbei- schen Entwicklung, ob dieser Evolutions-
tenreicher der Arbeitskreis zusammenge- ten an einer zweiten Version geplant, um prozess gelingen kann. Er sollte zweck-
setzt ist, desto vielfältiger sind die Betrach- auch Themen wie dem sicheren Trennen mäßige Anfangsbedingungen finden z.B.
tungsweisen und Ansatzpunkte. Am Ende und Schalten, der Power Quality und dem Chancengleichheit, zeitliche BegrenzungETG-Mitgliederinformation 2/2016 T: TECHNIK & TRENDS 11
von Anschubfinanzierungen, faire Wettbe-
werbsbedingungen, aber keine zu engen
Begrenzungen erfahren, um sich frei und
evolutionär entfalten zu können.
Die Umstellung auf nachhaltige Energie-
quellen ist mit erhöhten Fluktuationen der
Erzeugung, stärker leistungsorientierten
Ausbau der Energieinfrastrukturen und
erhöhtem Bedarf an Speichern, Netzkapa-
zitäten und flexiblen Erzeugungseinheiten
zur raschen Bereitstellung von Ausgleichs
energie verbunden. Dabei ist zu klären,
welche Entwicklungstendenzen technisch
und energiewirtschaftlich günstiger sind:
zentrale oder dezentrale Entwicklungskon-
zepte.
Dezentrale Entwicklungskonzepte erwei-
sen sich insbesondere für die Integration
der Photovoltaik in die Verteilnetze von Vor- Bild 1: Jahresdauerlinien von Offshore-Windkonvertern und Schwachwind-Onshore-Anlagen sowie konventionellen Binnenland-
Windanlagen
teil. Die Photovoltaik ist durch hohe Gleich-
zeitigkeit der Erzeugung infolge der Glo-
balstrahlung gekennzeichnet. Die kann zur
Überlastung der Verteilnetze und zu gleich-
zeitig geringem Marktwert dieser Energie
führen. Als Lösung ist hier ein zellulärer An-
satz zweckmäßig, bei dem die Leistungen
der gebäudeintegrierten PV-Anlagen auf
den lokalen Bedarf abgestimmt und mit lo-
kalen Speicherbatterien ausgestattet sind.
Damit wird es möglich, ohne Ausbau der
Verteilnetze bis zu etwa 50 % des Elektri-
zitätsbedarfs dort zu decken. Die PV stellt
dann aus der Sicht der Übertragungsnetze
keine Erzeugungs-, sondern eine Lastmin-
derungstechnologie mit geringem Infra-
strukturaufwand dar.
Die Windenergieanlagen sind bei Integra-
tion in die Mittelspannungsnetze ebenfalls
zur Selbstversorgung der dezentralen
Energiezellen einsetzbar. Für die Energie-
Bild 2: Dezentrale Energiezelle mit Smart metern
versorgung der Ballungszentren und der
Industrie ist aber auch eine Integration in
die Übertragungsnetze als große Onsho- insbesondere für die Übertragungsnetze Weiterhin ist es notwendig, die Infrastruk-
re- oder als Offshore-Windparks notwen- dar. Die Infrastrukturen können aus Sicht turen für Elektrizität, Wärme und Gas zu-
dig. Hierdurch wird auch ein teilweiser der Energiewirtschaft und des Umwelt- künftig als integriertes System zu betrach-
gegenseitiger Ausgleich der Fluktuationen schutzes nicht entsprechend der kurzfristig ten, um insbesondere Überschussenergie
der Windparks möglich, was zu einem auftretenden Spitzenlast der Erzeugung in Form von Wärme und Power-to-Gas
verminderten Bedarf an Speicherkapazitä- ausgelegt werden. Die regenerativen Ener- nutzen zu können und damit einen hohen
ten und Ausgleichsenergie führt. Um den giequellen müssen sich daher zukünftig in Nutzungsgrad des regenerativen Poten
Ausbaubedarf an Übertragungsnetz- und ihren Eigenschaften an den technisch und tials sicherzustellen.
Speicherkapazitäten zu minimieren, sollten wirtschaftlich möglichen Ausbau der Infra-
zukünftig im Binnenland Schwachwind- strukturen anpassen. Alle Sektoren des Energiebedarfs müs-
anlagen eingesetzt werden. Diese haben sen sich zukünftig in Richtung nachhaltige
vergrößerte Rotordurchmesser mit z.B. 8 MW Dies stellt einen Paradigmenwechsel bei Energieversorgung entwickeln, d.h. den
Antriebsleistung und begrenzte Genera- der Netzintegration dar. Bisher wurde Grad der Elektrifizierung erhöhen. Im Be-
torleistungen von etwa 3 MW. Hierdurch den regenerativen Energiequellen die Re- reich der Haushalte kann dies durch Um-
ergeben sich auch im Binnenland 3.000 serveleistung der Netze (unter Aufgabe stellung der Heizungsanlagen auf Wärme-
Vollbetriebsstunden. Gleichzeitig werden des statischen n-1-Prinzips) kostenlos für pumpen erfolgen. Im Bereich des Verkehrs
der leistungsorientierte Ausbau der Netze ihre Integration zur Verfügung gestellt. Die sollte der elektrische Antrieb langfristig den
für die kurzzeitig zu übertragende Spitzen- Übertragungs-Netzreserven sind derzeit Verbrennungsmotor ersetzen.
leistung und ebenfalls der Speicherbedarf weitgehend aufgebraucht und ein europäi-
geringer (Bild 1). sches Engpassmanagement ist notwendig Auch die Industrie sollte ihre Produktions
geworden. Zukünftig müssen die Infra- anlagen entsprechend umstellen. Im Be-
Die regenerativen Erzeugungsanlagen stel- strukturen und die Quellen einem gemein- reich der motorischen Antriebe sind sie
len zukünftig zeitweilig die überwiegenden samen volkswirtschaftlichen Optimum zu- bereits in hohem Maß auf elektrische
Erzeugungskapazitäten dar mit Spitzenlas- geführt werden. Hierzu müssen die Quellen Energieversorgung umgestellt. Um an
ten bis zum dreifachen der Netzlast. Dies leistungsbegrenzt als Schwachwindanla- der überwiegend durch Elektrifizierung
stellt zukünftig große Herausforderungen gen ausgelegt werden. gekennzeichneten Energiewende zukünf-12 T: TECHNIK & TRENDS ETG-Mitgliederinformation 2/2016
tig teilnehmen zu können, sollten sie im
Bereich der Prozesswärme von derzeitig
überwiegend fossiler Energienutzung auf
elektrisch erzeugte Prozesswärme um-
stellen. Im Bereich der Niedertemperatur-
Prozesswärme ist auch eine teilweise Um-
stellung auf Solarthermie möglich.
Schließlich sollten Echtzeitpreise und die
allgemeine Einführung von Smart Metern
dazu beitragen, das Verhalten der End
energienutzer stärker an die Erzeugungs-
charakteristik der regenerativen Quellen
anzupassen. Durch dezentrale Intelligenz
kann diese Verbrauchssteuerung dann
automatisch erfolgen. Da die Endnutzer
zukünftig über Erzeugungskapazitäten als
Prosumer verfügen, ist eine Automatisie-
rung des dezentralen Energiehandel in
Klein-Bilanzguppen erforderlich (Bild 2 Sei-
te 11).
T6 Schutz vor Stromschlag bei
Überflutungen
Thomas Raphael,
Geschäftsführer des VDE-
Ausschusses Sicherheits- und
Unfallforschung (SUF)
VDE-Merkblatt gibt wichtige Hinweise
zum sicheren Umgang mit elektrischen
Anlagen
Hochwasser bedeutet oft eine Gefahr für
das Leben von Menschen – und das nicht
nur unmittelbar. Eine Gefährdung geht
auch von elektrischen Anlagen aus, die bei
Überflutungen mit Wasser in Kontakt ste-
hen oder standen. Überflutung wird hier
als allgemeiner Begriff benutzt, der sowohl Die Maßnahmen dienen dazu, die Gefähr- Bitte senden Sie ein Belegexemplar an
Hochwasser als auch eindringendes Was- dung von Personen durch elektrischen
suf@vde.com
ser bei „Starkregen“ bezeichnet. Stromschlag (elektrische Körperdurchströ-
VDE e.V. Ausschuss Sicherheits- und
mung) möglichst auszuschließen. Gleich-
Unfallforschung
Kommen elektrische Anlagen mit Wasser zeitig sind unnötige Abschaltungen von
Stresemannallee 15
in Berührung, kann dies für Personen, die Stromversorgungen zu vermeiden und die
60596 Frankfurt.
das Wasser betreten – z.B. Bewohner, die allgemeine Stromversorgung weitgehend
einen Keller auspumpen wollen -, tödlich sicherzustellen, damit überlebenswichtige
Weiterführende Informationen für
enden. Aber auch nach dem Ende der Einrichtungen wie z. B. Pumpen, Heizungen
Feuerwehr-Einsatzkräfte
Überflutung kann Schmutz und Restwas- und Telekommunikationsverbindungen wei
ser in Steckdosen, Abzweigdosen usw. terhin funktionieren.
Speziell für Einsatzkräfte der Feuerwehren
die Sicherheit der elektrischen Installation Download: www.vde.com/hochwasser gibt es eine detaillierte Information „Elektri-
erheblich einschränken. sche Gefahren an der Einsatzstelle“ (BGI/
Stromnetzbetreiber, Baugenossen- GUV-I 8677), die von der DGUV Deutsche
Was zu tun ist sowohl während der Über- schaften usw. als Multiplikatoren Gesetzliche Unfallversicherung in Zusam-
flutung selbst, aber auch danach und menarbeit mit VDE|DKE herausgegeben
vorausschauend in der Planungsphase, Um das Merkblatt möglichst breit zu ver- wurde.
darüber informiert ein Merkblatt des teilen, laden wir die Unternehmen und Or-
VDE-Ausschusses „Sicherheits- und Un- Download:
ganisationen, die einen direkten Kontakt http://publikationen.dguv.de/dguv/pdf/
fallforschung“. Es richtet sich an Eigentü- zu Mietern oder Wohnungseigentümern
mer und Mieter von Wohn- und Geschäfts- 10002/i-8677.pdf
haben, ein, dieses Merkblatt in ihren Kun-
räumen. denzeitschriften abzudrucken und auf der
eigenen Homepage zu veröffentlichen.Sie können auch lesen
