Durch die strukturelle Änderung der Stromerzeugung wandelt sich die Übertragungsaufgabe
der elektrischen Höchstspannungsnetze rapide. Diese Veränderungen
stellen insbesondere das elektrische Transportnetz vor große Herausforderungen.
Die ganzheitliche Optimierung des Ausbaus der Elektrizitätsnetze
unter möglichst vollständiger Betrachtung der technischen und wirtschaftlichen
Einflussgrößen ist hierbei eine wesentliche Aufgabe. In der Folge hat sich die
Netzplanungsaufgabe deutlich verkompliziert, so dass der Bedarf an adäquaten
Planungswerkzeugen hoch ist.
Gegenstand der Arbeit ist eine Erweiterung der Planungsmethode um die zeitliche
Terminierung des Netzausbaus im vorgegeben Zeitraum, bei gleichzeitiger
Gegenüberstellung von topologischen Modifikationen, d.h. konventionellem
Leitungsausbau und dem Ausbau von Speicherkapazitäten. Die Vorauswahl
der möglichen Leitungskandidaten im Optimierungsproblem erfolgt durch Wegfindungsverfahren
unter Berücksichtigung topografischer Merkmale.
Eine wesentliche Herausforderung bei der Lösung des Netzausbauproblems ist
allgemein das gleichzeitige Auftreten von Ganzzahl-Entscheidungen (Investitionsentscheidungen)
und die nichtlineare Verknüpfung mit den Zustandsvariablen
des Systems. In der Arbeit kommt eine hierarchische Benders Dekomposition
zum Einsatz, welche in vorgestellter Form geeignet ist, der grundsätzlich
nicht-konvexen Gestalt des Netzausbauproblems zu begegnen. Mit der Überführung
des Problems in ein mehrkriterielles Optimierungsverfahren wird ein
Ansatz realisiert, der simultan eine Lösungsmenge an verschiedenen Netzausbauoptionen
liefert, basierend auf dem Prinzip der Pareto-Optimalität.
Das Gesamtverfahren stellt ein transparentes und objektives Werkzeug zur
Leitungsfindung, optimalem Netzaus- bzw. Netzumbau sowie der anschließenden
Bewertung als Teil der Netzentwicklungsplanung dar.
Aktualisiert: 2022-02-04
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Eine stark zunehmende Anzahl von Vakuum-Schaltkammern wird in den nächsten Jahren das Ende der erwarteten technischen Lebensdauer erreichen. Das bisher beobachtete Betriebsverhalten lässt jedoch eine Erweiterung des Einsatzzeitraums erwarten. Somit besteht aktuell die Erfordernis zum Einsatz nicht-invasiver Diagnoseverfahren, um eine Abschätzung der weiteren Einsatzdauer und des technischen Risikos vornehmen zu können. Der für einen sicheren Betrieb einer Vakuum-Schaltkammer elementare Innendruck darf einen kritischen Wert von 10-4 bis 10-3 hPa nicht überschreiten. Da bestehende Prüfsysteme hierzu bisher nur unzureichende Aussagen liefern, müssen geeignete mobile Prüfeinrichtungen zur quantitativen Bestimmung des Innendrucks in der Vakuum-Schaltkammer zur Verfügung gestellt werden.
In dieser Arbeit werden grundlegende Untersuchungen für die Entwicklung einer derartigen, auf dem Magnetron-Prinzip basierenden Prüfeinrichtung durchgeführt und der Einfluss von Randparametern analysiert. Ein Simulationsmodell trägt dazu bei, das physikalische Verständnis über die Entladungsprozesse unter den speziellen Bedingungen einer mobilen Anwendung in einer Vakuum-Schaltkammer zu verbessern. An einer Modellanordnung werden diese Zusammenhänge experimentell untersucht und verifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass bei der mobilen Anwendung des Messprinzips insbesondere die temporäre Gasbindung durch den auftretenden Getter-Ion Effect und der Homogenitätsgrad der magnetischen Flussdichte zu berücksichtigen sind.
?Aufbauend auf den grundlegenden Untersuchungen wird ein Prototyp einer mobilen Prüfeinrichtung ausgelegt und deren Funktionalität durch den Einsatz an der Modellanordnung sowie an industriell gefertigten Vakuum-Schaltkammern belegt. Die Untersuchungsmethodik und die Erkenntnisse dieser Arbeit, u. a. zur Sensitivität des Verfahrens in der mobilen Anwendung gegenüber den relevanten Einflussparametern, dienen als Grundlage für die gezielte Entwicklung und Auslegung einer mobilen Prüfeinrichtung.
Aktualisiert: 2019-03-15
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Die Energieversorgung in Deutschland erfährt insbesondere bedingt durch geänderte politische Rahmenbedingungen wie der Liberalisierung der Energiemärkte, der massiven Förderung erneuerbarer Energien (Wind, Photovoltaik, Biomasse) und dem geplanten Ausstieg aus der Kernenergie tief greifende Veränderungen. Des Weiteren erfordert die technisch bedingte planmäßige Stilllegung einer Vielzahl von Kraftwerken den Neubau von weiteren Erzeugungskapazitäten unter veränderten Allokationsbedingungen. Vor diesem Hintergrund rückt der Einsatz dezentraler Energiewandlungsanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Verteilungsnetzen wegen ihrer Effizienz- und Emissionseinsparpotenziale stärker in den Vordergrund.
Es bestehen allerdings noch erhebliche Unsicherheiten, unter welchen Rahmenbedingungen bzw. Einflussfaktoren eine stärker dezentrale Energieversorgung im Vergleich zu einer eher zentralen Energieversorgung ökologische Vorteile aufweist und welche technischen Auswirkungen auf Netzplanung und -betrieb eine großflächige Integration von dezentralen Erzeugern mit sich bringt.
Mit der vorliegenden Arbeit wird der bisherige Kenntnisstand über die ökologischen und technischen Auswirkungen des Zubaus von Blockheiz-Kraftwerken (BHKW) erweitert. Untersucht werden insbesondere verschiedene Szenarien dezentraler Zubauvarianten (BHKW Dezentral, Nahwärme und Fernwärme) im Vergleich zu einer Stromversorgung aus Großkraftwerken mit dezentralen Wärmeerzeugungssystemen. Die Zubauvarianten werden über die ermittelten Einflussfaktoren der Kraftwerksparkzusammensetzung auf Verbundebene (Strommix), der Beheizungsstruktur (Wärmemix), der Brennstoffzusammensetzung (Brennstoffmix) sowie des Strom- und Wärmebedarfs an repräsentativen Verteilungsnetzen beschrieben und variiert. Mit Hilfe des in dieser Arbeit entwickelten Verfahrens ist es möglich, eine Vielzahl verschiedener dezentraler Energieversorgungsszenarien untereinander und mit einer Referenzentwicklung der Energieversorgung ohne Einsatz dezentraler KWK-Technologie unter ökologischen und technischen Rahmenbedingungen zu bewerten.
Aktualisiert: 2019-03-15
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