Politische Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele wirken auf Quellen- und Senkenseite des Energieversorgungssystems. Neben der Förderung der Strom- und Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien sollen auch Effizienzsteigerungen der Nachfrageseite zu einem klimafreundlicheren Energieversorgungssystem führen. In der Energieversorgung von Gebäuden werden Effizienzsteigerungen insbesondere durch bauliche Maßnahmen erreicht: Gebäudetechnologien sollen durch die Ausnutzung von Flexibilitäten im Betrieb eine höhere Integration erneuerbarer Energien erreichen. Die Flexibilität kann für Zielsetzungen verschiedener Akteure im Energiesystem genutzt werden. Bezüglich der akteur- und technologieübergreifenden Bewertung des Einsatzes der Flexibilitäten von sog. Smart Home-Technologien besteht zusätzlicher Forschungsbedarf.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz eines Portfolios von Technologien zur Wärme- und Stromversorgung von Gebäuden hinsichtlich des akteurspezifischen Nutzens, energetischer Kenngrößen und dem Einfluss auf das elektrische Verteilungsnetz zu bewerten. Ausgehend von einer Analyse typischer Versorgungstechnologien für Gebäude werden die Anforderungen an die Abbildung und Parametrierung der Technologien abgeleitet und technologiespezifische Modelle vorgestellt. Zielsetzungen der verschiedenen Akteure für den Einsatz der Gebäudetechnologien werden mittels der Parametrierung verschiedener entwickelter Simulations- und Optimierungsverfahren zur Einsatzplanung von Flexibilitäten in Smart Homes dargestellt. Die Ergebnisse der verschiedenen Methoden zur Einsatzermittlung werden anschließend hinsichtlich der benannten Bewertungskriterien ausgewertet und verglichen.
In einer exemplarischen Anwendung auf ein Modellquartier werden die Bewertung der Flexibilitätsnutzung und die Auswirkungen der akteurspezifischen Zielsetzungen dargestellt. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch die Gebäudenutzer selbst umgesetzt werden können, zeigen nur sehr geringe Auswirkungen hinsichtlich der wirtschaftlichen und energetischen Bewertungsgrößen. Das Verteilungsnetz wird durch diese Betriebsstrategien weit weniger beeinflusst als durch eine veränderte technologische Ausstattung der Gebäude. Die Einsatzplanung im Smart Home kann in Gebäuden mit hoher Flexibilität Einsparungen von bis zu 20% der Energieversorgungskosten erzielen. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch Energiegemeinschaften oder Verteilungsnetzbetreiber als gebäudeexterne Akteure eingesetzt werden, haben teils positive und teils negative Auswirkungen auf die einzelnen Gebäude. Eine faire Verteilung der durch Energiegemeinschaften erwirtschafteten Erlöse muss somit dieser durch die Einsatzplanung entstehenden Ungleichheit entgegenwirken.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Politische Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele wirken auf Quellen- und Senkenseite des Energieversorgungssystems. Neben der Förderung der Strom- und Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien sollen auch Effizienzsteigerungen der Nachfrageseite zu einem klimafreundlicheren Energieversorgungssystem führen. In der Energieversorgung von Gebäuden werden Effizienzsteigerungen insbesondere durch bauliche Maßnahmen erreicht: Gebäudetechnologien sollen durch die Ausnutzung von Flexibilitäten im Betrieb eine höhere Integration erneuerbarer Energien erreichen. Die Flexibilität kann für Zielsetzungen verschiedener Akteure im Energiesystem genutzt werden. Bezüglich der akteur- und technologieübergreifenden Bewertung des Einsatzes der Flexibilitäten von sog. Smart Home-Technologien besteht zusätzlicher Forschungsbedarf.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz eines Portfolios von Technologien zur Wärme- und Stromversorgung von Gebäuden hinsichtlich des akteurspezifischen Nutzens, energetischer Kenngrößen und dem Einfluss auf das elektrische Verteilungsnetz zu bewerten. Ausgehend von einer Analyse typischer Versorgungstechnologien für Gebäude werden die Anforderungen an die Abbildung und Parametrierung der Technologien abgeleitet und technologiespezifische Modelle vorgestellt. Zielsetzungen der verschiedenen Akteure für den Einsatz der Gebäudetechnologien werden mittels der Parametrierung verschiedener entwickelter Simulations- und Optimierungsverfahren zur Einsatzplanung von Flexibilitäten in Smart Homes dargestellt. Die Ergebnisse der verschiedenen Methoden zur Einsatzermittlung werden anschließend hinsichtlich der benannten Bewertungskriterien ausgewertet und verglichen.
In einer exemplarischen Anwendung auf ein Modellquartier werden die Bewertung der Flexibilitätsnutzung und die Auswirkungen der akteurspezifischen Zielsetzungen dargestellt. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch die Gebäudenutzer selbst umgesetzt werden können, zeigen nur sehr geringe Auswirkungen hinsichtlich der wirtschaftlichen und energetischen Bewertungsgrößen. Das Verteilungsnetz wird durch diese Betriebsstrategien weit weniger beeinflusst als durch eine veränderte technologische Ausstattung der Gebäude. Die Einsatzplanung im Smart Home kann in Gebäuden mit hoher Flexibilität Einsparungen von bis zu 20% der Energieversorgungskosten erzielen. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch Energiegemeinschaften oder Verteilungsnetzbetreiber als gebäudeexterne Akteure eingesetzt werden, haben teils positive und teils negative Auswirkungen auf die einzelnen Gebäude. Eine faire Verteilung der durch Energiegemeinschaften erwirtschafteten Erlöse muss somit dieser durch die Einsatzplanung entstehenden Ungleichheit entgegenwirken.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Politische Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele wirken auf Quellen- und Senkenseite des Energieversorgungssystems. Neben der Förderung der Strom- und Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien sollen auch Effizienzsteigerungen der Nachfrageseite zu einem klimafreundlicheren Energieversorgungssystem führen. In der Energieversorgung von Gebäuden werden Effizienzsteigerungen insbesondere durch bauliche Maßnahmen erreicht: Gebäudetechnologien sollen durch die Ausnutzung von Flexibilitäten im Betrieb eine höhere Integration erneuerbarer Energien erreichen. Die Flexibilität kann für Zielsetzungen verschiedener Akteure im Energiesystem genutzt werden. Bezüglich der akteur- und technologieübergreifenden Bewertung des Einsatzes der Flexibilitäten von sog. Smart Home-Technologien besteht zusätzlicher Forschungsbedarf.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz eines Portfolios von Technologien zur Wärme- und Stromversorgung von Gebäuden hinsichtlich des akteurspezifischen Nutzens, energetischer Kenngrößen und dem Einfluss auf das elektrische Verteilungsnetz zu bewerten. Ausgehend von einer Analyse typischer Versorgungstechnologien für Gebäude werden die Anforderungen an die Abbildung und Parametrierung der Technologien abgeleitet und technologiespezifische Modelle vorgestellt. Zielsetzungen der verschiedenen Akteure für den Einsatz der Gebäudetechnologien werden mittels der Parametrierung verschiedener entwickelter Simulations- und Optimierungsverfahren zur Einsatzplanung von Flexibilitäten in Smart Homes dargestellt. Die Ergebnisse der verschiedenen Methoden zur Einsatzermittlung werden anschließend hinsichtlich der benannten Bewertungskriterien ausgewertet und verglichen.
In einer exemplarischen Anwendung auf ein Modellquartier werden die Bewertung der Flexibilitätsnutzung und die Auswirkungen der akteurspezifischen Zielsetzungen dargestellt. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch die Gebäudenutzer selbst umgesetzt werden können, zeigen nur sehr geringe Auswirkungen hinsichtlich der wirtschaftlichen und energetischen Bewertungsgrößen. Das Verteilungsnetz wird durch diese Betriebsstrategien weit weniger beeinflusst als durch eine veränderte technologische Ausstattung der Gebäude. Die Einsatzplanung im Smart Home kann in Gebäuden mit hoher Flexibilität Einsparungen von bis zu 20% der Energieversorgungskosten erzielen. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch Energiegemeinschaften oder Verteilungsnetzbetreiber als gebäudeexterne Akteure eingesetzt werden, haben teils positive und teils negative Auswirkungen auf die einzelnen Gebäude. Eine faire Verteilung der durch Energiegemeinschaften erwirtschafteten Erlöse muss somit dieser durch die Einsatzplanung entstehenden Ungleichheit entgegenwirken.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Politische Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele wirken auf Quellen- und Senkenseite des Energieversorgungssystems. Neben der Förderung der Strom- und Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien sollen auch Effizienzsteigerungen der Nachfrageseite zu einem klimafreundlicheren Energieversorgungssystem führen. In der Energieversorgung von Gebäuden werden Effizienzsteigerungen insbesondere durch bauliche Maßnahmen erreicht: Gebäudetechnologien sollen durch die Ausnutzung von Flexibilitäten im Betrieb eine höhere Integration erneuerbarer Energien erreichen. Die Flexibilität kann für Zielsetzungen verschiedener Akteure im Energiesystem genutzt werden. Bezüglich der akteur- und technologieübergreifenden Bewertung des Einsatzes der Flexibilitäten von sog. Smart Home-Technologien besteht zusätzlicher Forschungsbedarf.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz eines Portfolios von Technologien zur Wärme- und Stromversorgung von Gebäuden hinsichtlich des akteurspezifischen Nutzens, energetischer Kenngrößen und dem Einfluss auf das elektrische Verteilungsnetz zu bewerten. Ausgehend von einer Analyse typischer Versorgungstechnologien für Gebäude werden die Anforderungen an die Abbildung und Parametrierung der Technologien abgeleitet und technologiespezifische Modelle vorgestellt. Zielsetzungen der verschiedenen Akteure für den Einsatz der Gebäudetechnologien werden mittels der Parametrierung verschiedener entwickelter Simulations- und Optimierungsverfahren zur Einsatzplanung von Flexibilitäten in Smart Homes dargestellt. Die Ergebnisse der verschiedenen Methoden zur Einsatzermittlung werden anschließend hinsichtlich der benannten Bewertungskriterien ausgewertet und verglichen.
In einer exemplarischen Anwendung auf ein Modellquartier werden die Bewertung der Flexibilitätsnutzung und die Auswirkungen der akteurspezifischen Zielsetzungen dargestellt. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch die Gebäudenutzer selbst umgesetzt werden können, zeigen nur sehr geringe Auswirkungen hinsichtlich der wirtschaftlichen und energetischen Bewertungsgrößen. Das Verteilungsnetz wird durch diese Betriebsstrategien weit weniger beeinflusst als durch eine veränderte technologische Ausstattung der Gebäude. Die Einsatzplanung im Smart Home kann in Gebäuden mit hoher Flexibilität Einsparungen von bis zu 20% der Energieversorgungskosten erzielen. Strategien zur Flexibilitätsnutzung, die durch Energiegemeinschaften oder Verteilungsnetzbetreiber als gebäudeexterne Akteure eingesetzt werden, haben teils positive und teils negative Auswirkungen auf die einzelnen Gebäude. Eine faire Verteilung der durch Energiegemeinschaften erwirtschafteten Erlöse muss somit dieser durch die Einsatzplanung entstehenden Ungleichheit entgegenwirken.
Aktualisiert: 2022-04-21
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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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Bei der Entwicklung von Geräten und Anlagen der Hochspannungs- und Energietechnik ist eine möglichst leichte und kompakte Bauweise ein immer wichtiger werdendes Kriterium. Dies gilt insbesondere für transportable oder bewegte Systeme. Für die elektrische Isolierung dieser Systeme bietet sich der Einsatz von syntaktischen Schäumen an. Die Herstellung dieses Materials erfolgt durch das Ein-bringen von gasgefüllten Hohlkugeln mit einem Maximaldurchmesser von weniger als 200 µm in ein geeignetes Polymer. Durch die Variation unter-schiedlicher Herstellungsparameter ist es möglich, die mechanischen Eigen-schaften des Werkstoffs (spezifische Dichte, Festigkeit etc.) den gestellten An-forderungen anzupassen. Inwiefern diese Parameter die elektrischen Eigen-schaften des Materials beeinflussen, ist hingegen noch nicht erforscht worden. In dieser Arbeit werden deswegen die elektrischen Eigenschaften eines syntaktischen Schaums auf Basis von Epoxidharz als Matrix und Glashohlkugeln als Füllstoff für den Kurzzeitbereich ermittelt und untersucht, welche Effekte sich bei einer gezielten Variation verschiedener Herstellungsparameter ergeben. Schwerpunkt der Untersuchungen sind hierbei die elektrische Festigkeit und das Teilentladungsverhalten des Schaums. Bei einer Überbelastung von syntaktischem Schaum mit Hochspannung kann es vor dem Durchschlag zu Schädigungen in der Materialstruktur kommen, die in weiteren Messreihen dokumentiert und analysiert werden. Die gesammelten Erkenntnisse werden abschließend dazu verwendet, um ein Modell für den elektrischen Durchschlag im Kurzzeitbereich zu entwickeln.
Aktualisiert: 2019-03-15
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Polymere Isolierstoffe können einen deutlich ausgeprägten Selbstreinigungseffekt („Superhydrophobieeigenschaft“) erlangen, wenn auf ihrer Oberfläche eine bestimmte nanostrukturierte hydrophobe Schicht aufgebracht wird. Die vorliegende Arbeit behandelt sowohl das Kurzzeit-als auch das Langzeitverhalten derart modifizierter, superhydrophober Isolierstoffoberflächen, die gleichzeitig elektrischen und klimatischen Belastungen ausgesetzt sind. Ausgehend von ihren Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Betriebsmitteln ist es dabei besonders wichtig, die auftretenden Schädigungsmechanismen unter Freiluft-und erschwerten Innenraumbedingungen genau zu kennen, abhängig von den Alterungsfaktoren, die in ihrer separaten oder komplexen Wirkung betrachtet werden müssen. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Implementierung geeigneter Belastungsund Diagnoseverfahren dar. Zur Untersuchung des Alterungsverhaltens von superhydrophoben polymeren Isolierstoffoberflächen werden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Prüfverfahren, wie Kaltnebeltest, modifizierter Rad-Tauchtest und Betauungstest an entsprechenden Modellprüfkörpern durchgeführt. Hierbei werden Multi-Stress-Belastungen, d.h. eine Kombination aus Feuchtigkeit und elektrischen Feldern, nachgebildet. Im Anschluss daran werden die gewonnenen Messergebnisse ausgewertet und diskutiert, um eine integrale Aussage über das Verhalten nanostrukturierter superhydrophober Isolierstoffoberflächen zu treffen. Basierend auf den bisherigen Erkenntnissen gewinnen die Superhydrophobieeigenschaft und deren Beständigkeit insbesondere bei der Einschätzung der Lebensdauer der betroffenen Materialien an Bedeutung. Die Prüfkörperoberflächen, die mit Hilfe von beschleunigten Prüfverfahren gealtert wurden, sind unter Berücksichtigung der Veränderung des Oberflächenzustands zu charakterisieren. Dazu sollen die Oberflächenanalysen wichtige Informationen über die Veränderungen der Oberflächenstruktur liefern. Darüber hinaus wird in der Arbeit das entstehende phänomenologische Modell zur Beschreibung des Alterungsvorgangs der modifizierten superhydrophoben polymeren Oberflächen erweitert.
Aktualisiert: 2019-03-15
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SF-Selbstblasleistungsschalter sind wesentliche Schalt- und Sicher-heitselemente im Hochspannungsnetz der elektrischen Energieversorgung. Während des Ausschaltvorganges des Selbstblasleistungsschalters wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen den sich öffnenden Schaltkontakten generiert, welcher den Strom im Schalter weiterführt. Erst eine Beblasung mit einem Löschgas und somit eine Kühlung dieses Schaltlichtbogens während der Stromnulldurchgangsphase überführt die Schaltstrecke vom leitfähigen in den isolierenden, ausgeschalteten Zustand. Die zeitliche Widerstandsentwicklung des Schaltlichtbogens ist hierbei ein für das Ausschaltvermögen charakteristischer Prozess. Die sich einstellende zeit- und ortsabhängige Widerstandsverteilung wird derzeit als Gesamtwert der Schaltstrecke verstanden, wobei die räumliche Verteilung des Widerstandes in der Stromnulldurch-gangsphase bisher nicht genau bekannt ist.Im Rahmen dieser Arbeit wird eine geeignete Messanordnung zur Bestimmung der Widerstandsverteilung innerhalb der Schaltstrecke während der Stromnulldurchgangsphase entwickelt und in eine Modellbildung für einen Selbstblasleistungsschalter integriert. Zur Analyse der physikalischen Vorgänge werden Computational Fluid Dynamics Simulationen durchgeführt, um die Kühlmechanismen des Schaltlichtbogens zu evaluieren und um diese Kühlprozesse der Widerstandsverteilung zuzuordnen. Die durchgeführten Experimente liefern erstmals einen messtechnischen 62Einblick in die Widerstandsverteilung von SF- und CO-Schaltlichtbögen in der Stromnulldurchgangsphase. Zusammen mit den Simulations-Untersuchungen lassen sich innerhalb der Schaltstrecke des Selbstblasleistungsschaltermodells die charakteristischen Bereiche und deren Kühlprozesse analysieren und deren Bedeutung für den Ausschaltprozess evaluieren. Durch eine detaillierte Kenntnis über die Widerstandsentwicklung wird das Verständnis der Vorgänge während der Stromnulldurchgangsphase verbessert. Hierdurch wird eine weitere Optimierung von Gasleistungsschaltern möglich.
Aktualisiert: 2019-03-15
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer abstrakten Methode zur Bewertung der Ökoeffizienz des Einsatzes von Flexibilisierungsmaßnahmen in elektrischen Energieversorgungssystemen. Der Einsatz von Maßnahmen zur Steigerung der Dynamik von elektrischen Energieversorgungssystemen wird unter anderem notwendig, weil die regionale Windenergieeinspeisung die regionale Verbraucherlast zum Teil deutlich übersteigt, so dass der Windstrom aus den Regionen mit überschüssiger Energie exportiert und in lastferne Gebiete transportiert werden muss und weil weder die bestehenden Verteilungsnetze noch das Übertragungsnetz für die heutigen Anforderungen ausgelegt sind. Der erforderliche Netzausbau kann mit der Anschlussrate von Windenergieanlagen nicht Schritt halten, so dass bereits gegenwärtig Netzengpässe auftreten.
Die Anwendung der Bewertungsmethode wird exemplarisch für ein im Rahmen der Dissertation entwickeltes repräsentatives Modell eines 110 kV-Netzbereichs unter Berücksichtigung der Umsetzung des Freileitungs-Monitorings, des Einsatzes des Hochtemperaturfreileitungsseils ACCR und des Neubaus einer Freileitungstrasse vorgestellt. Dabei wird deutlich, dass die Ergebnisse der Ökoeffizienzanalyse maßgeblich durch die einspeisbare Windenergie und durch die Deckung der Verbraucherlast beeinflusst werden. Vergleichsweise geringer Einfluss entsteht durch notwendige Investitionen. Vor diesem Hintergrund weisen die Ergebnisse der Untersuchungen für drei betrachtete Standorte (windstark, mittel und windschwach) die höchste Ökoeffizienz für den Neubau einer Freileitungstrasse aus.
Aktualisiert: 2019-03-15
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Betreiber von elektrischen Netzen sehen sich im liberalisierten, regulierten Umfeld einem starken Kostendruck unter externen Effizienzvorgaben ausgesetzt. Die Entscheidungen des unternehmensinternen Asset Managements stellen eine zentrale Steuerungsfunktion dar und beeinflussen maßgeblich die Unternehmenserlöse. Die Wirkungszusammenhänge im Asset Management, welche sich aus Instandhaltung, Erneuerung, Netzqualität und Erlösen zusammensetzen, sind jedoch komplex und in ihrer Gänze bislang nicht geschlossen optimierbar. Im Rahmen dieser Abhandlung werden Modelle zur Ermittlung von instandhaltungsabhängigen, betriebsmittelspezifischen Ausfallraten sowie deren Abbildung auf die Netzqualität entwickelt. Für Verteilungsnetze ist, durch die vollständig bestimmte Anreizformel in der Anreizregulierungsverordnung, eine Ermittlung der Erlösobergrenze basierend auf Instandhaltungs-, Instandsetzung-, Erneuerungskosten sowie der Netzqualität möglich. Hierzu wird eine Asset Simulation hergeleitet und angewendet. Die Ergebnisse erlauben die Schlussfolgerung, dass die in Deutschland eingeführte Qualitätsregulierung einen angemessenen Anreiz für Netzbetreiber bietet, die Netzqualität auf einem vorgegebenen Level zu halten. Für Betreiber von Hoch- und Höchstspannungsnetzen ist dieser Qualitätsanreiz bislang nicht vorgesehen, so dass von einem erhöhten Substanzverzehr für Netze dieser Spannungsebenen ausgegangen werden kann. Um diesem Aspekt entgegen zu wirken, wird eine Simulationsumgebung zur Ermittlung instandhaltungsabhängiger, betriebsmittel- und schaltfeldspezifischer Nichtverfügbarkeiten geschaffen. Die Auswertungen belegen, dass eine verfügbarkeitsorientierte Instandhaltung kompletter Schaltfelder den geforderten Zugewinn an Effizienz und Kostenreduktion erbringen kann, ohne die Netzqualität unberücksichtigt zu lassen.
Aktualisiert: 2019-04-02
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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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Durch den Beschluss zur Energiewende wird eine Umstrukturierung der Energieversorgung eingeleitet. Zur Bestimmung der dadurch notwendig werdenden Veränderungen bedarf es umfangreiche Studien. Die große Anzahl an Annahmen, die in solchen Studien immer getroffen werden müssen, und die damit verbundenen Unsicherheiten führen zu der Notwendigkeit umfangreicher Sensitivitätsanalysen. Hierzu wird eine Simulationsumgebung benötigt, die den kompletten Durchlauf einer Untersuchung (Zeitreihengenerierung, Kraftwerkseinsatz- und Ausbauplanung, Netzsimulation und Redispatch-Berechnung) in kurzer Zeit ermöglicht, so dass eine Vielzahl an Szenarien und Eingangsparametern untersucht werden können. Dazu müssen bestehende Modellierungsansätze der einzelnen Teile der Simulationsumgebung verbessert und weiterentwickelt werden, um deren benötigte Rechenzeit zu reduzieren. Zentraler Bestandteil der methodischen Weiterentwicklung ist die Kombination und Anwendung verschiedener Verfahren zur Vereinfachung der Modellkomplexität in der Kraftwerkseinsatz- und Ausbauplanung. Dazu zählen unter anderem die Verwendung von Kraftwerksgruppen in einer Unit -Commitment- Problemformulierung sowie ein Verfahren zur Zeitreihenkompression mittels Polygonlinienvereinfachung. Weiterhin wurde eine neuartige Implementierung der Human-Behaviour-Constraints innerhalb der Redispatch-Modellierung entwickelt, die das Modell robuster gegenüber wechselnden Eingangsdaten macht. Sowohl durch die Modellvereinfachungen als auch durch eine Komprimierung aller verwendeten Zeitreihen im Zeitbereich lassen sich erhebliche Rechenzeiteinsparungen erzielen. Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse werden Modellunsicherheiten bewertet und Empfehlungen für eine geeignete Auslegung und Parametrierung der Teilmodelle in der Simulat ionsumgebung abgeleitet.
Aktualisiert: 2020-01-13
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Die steigenden Anforderungen an polymere Isoliersysteme hinsichtlich ihrer Lebensdauer, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit erfordern den Einsatz zuverlässiger und kosteneffizienter Methoden zur Zustandbewertung. Die Ultraschalldiagnostik hat sich als eine hierfür prinzipiell geeignete Methode herausgestellt. Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wird diese Methode durch die Betrachtung bisher nicht berücksichtigter Einflussparameter und Fehlerstrukturen optimiert. Es werden die Evaluierbarkeit von Fehlstellen-Akkumulationen und der Einfluss der Temperatur auf die Ultraschalldiagnostik untersucht. Des Weiteren werden die daraus resultierenden neuen Diagnosemöglichkeiten in Bezug auf eine Stoffbestimmung von Einschlussmaterialien und eine Temperaturbestimmung im Inneren von Isoliersystemen analysiert. Abschließend erfolgt die Evaluation der Anwendbarkeit am Beispiel der Diagnostik an EPDM Hochspannungskabelmuffen.
Aktualisiert: 2019-03-15
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Schwelle des mit universitären Strukturen Umsetzbaren gebracht hat. Die Tatsache, dass unsere Mitarbeiter trotz der hohen Auslastung wiederum mit einer Vielzahl von Auszeichnungen geehrt wurden, macht und natürlich stolz und dokumentiert wiederum, dass (starkes) Wachstum nicht zwangsläufig zu Qualitätsverlust führen muss - ein Aspekt, der gerade für eher Wachstumunerfahrene Hochschulen wichtig ist. Mit fünf abgeschlossenen Dissertationen (Dr. Kittipong Anantanavich, Dr. Ming Chark Tang, Dr. Stefan Federlein, Dr. Michael Keßler, Dr. Torsten Wirz) können wir auf ein wissenschaftlich erfolgreiches Jahr 2010 zurückblicken. Auch für die Folgejahre sind im Durchschnitt jährlich fünf bis sechs Dissertationen zu erwarten. Frau Anja Strauchs (IEEE DEIS Graduate Award) und Herr Andrey Mashkin (EEIM Award) wurden für ihre Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der syntaktischen Schäume ausgezeichnet, während die Herren Daniel Eichhoff (ABB-Diplompreis), Philipp Masmeier (Otto-Junker-Preis) und Stanislav Votruba (SAG Preis, 2. Platz) für ihre Abschlussarbeiten ausgezeichnet wurden. Besonders erfreulich ist der Gewinn für das studentische Projekt „Plug into Future“ im Rahmen des BMBF-Wettbewerbs „Energie für Ideen“ 2010, das die Herren Bartholomäus Wasowicz und Fabian Potratz in enger Abstimmung mit Herrn Thomas Dederichs durchgeführt haben. Weitere Informationen zu unseren Lehrtätigkeiten, den Forschungsarbeiten, dem Aufbau des „Testzentrums für Speichersysteme und Smart Grid Technologien“ und dem Institutsleben entnehmen Sie bitte den folgenden Seiten. An dieser Stelle möchte ich allen Freunden und Partnern für die freundliche Förderung und die vielen Anregungen sowie den Mitarbeiterinnenund Mitarbeitern für ihr Engagement und ihre Kreativität sehr herzlich danken.
Wir verstehen den Erfolg der vergangenen Jahre als Bestätigung unserer Arbeit und gleichzeitig als Anreiz, uns kontinuierlich zu verbessern, neue Wege zu beschreiten und gemeinsam mit Ihnen den Umbau der Energiesysteme voranzutreiben.
Aktualisiert: 2019-03-15
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In Deutschland findet ein Großteil des Ausbaus erneuerbarer Energien auf Verteilungsnetzebene statt. Da Investitionen in die Anpassung der Infrastruktur nicht mit dem dynamischen Wachstum erneuerbarer Erzeugungsanlagen Schritt halten konnten, stehen Verteilnetzbetreiber bereits heute vor großen Herausforderungen bei der Netzintegration erneuerbarer Energien. Vor dem Hintergrund der europäischen und nationalen Klimaziele ist eine weiter steigende Durchdringung dezentraler Erzeugungsanlagen auf Verteilungsnetzebene zu erwarten. Weiterhin werden die Anforderungen an die Flexibilität des Elektrizitätssystems zur Sicherstellung eines systemweiten Ausgleichs von Angebot und Nachfrage steigen. Zur Erhaltung der Frequenzstabilität wird von den Übertragungsnetzbetreibern dabei Regelleistung auktionsbasiert als Systemdienstleistung kontrahiert. Energiespeicher haben das Potential als ein Teil der Lösung für die Netzintegration und die Bereitstellung von Flexibilität auf Gesamtsystemebene, insbesondere von Regelleistung, zu fungieren. Ein wirtschaftlicher Einsatz ist trotz technologischem Entwicklungs- und Kostensenkungspotential aufgrund hoher Investitionskosten meist nur über die Nutzung mehrerer erlösgenerierender Speicherapplikationen möglich. Diese multifunktionale Nutzung ist zudem von der Gestaltung regulatorischer Rahmenbedingungen abhängig. Die Betrachtung von multifunktionalem Speichereinsatz erfordert deswegen neben einer realitätsnahen Modellierung technischer Randbedingungen und Markteigenschaften auch die Analyse und Diskussion des zukünftigen regulatorischen Rahmens, in dem Energiespeicher eingesetzt werden könnten. Das Hauptziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens für die technische und ökonomische Bewertung eines multifunktionalen Einsatzes von Energiespeichern für lokale Applikationen in der Verteilungsnetzebene bei simultaner Teilnahme am Elektrizitätsmarkt. Auf Basis einer technischen Analyse der Anforderungen von Verteilungsnetzen und der Eigenschaften von Speichertechnologien sowie einer energiewirtschaftlichen Analyse heutiger Märkte wird ein methodisches Vorgehen für die Untersuchung in einer beliebigen engpassbehafteten Netzregion abgeleitet. Ein besonderer Fokus wird dabei aufgrund des signifikanten Erlöspotentials und des für Speicher herausfordernden Marktdesigns auf die Partizipation in Regelleistungsmärkten gesetzt. Zunächst wird zur geeigneten Speicherauslegung in einer beliebigen Netzregion in einer Einsatzpotentialanalyse der Bedarf an Speicherdienstleistungen ermittelt. Dies dient als Input für die Erstellung und Allokation eines Speicherportfolios. Im Rahmen der Portfolioerstellung wird auf einen genetischen Algorithmus zurückgegriffen, der es ermöglicht, Portfolien verschiedener Speichertechnologien zu generieren und die Komposition je nach Anforderungen in der Region unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kriterien festzulegen. Der anschließende Einsatz der netzintegrierten Speicher als Hauptverfahrensbestandteil wird mittels einer gemischt-ganzzahligen linearen Optimierung und einer modellendogenen Betrachtung des Netzes durchgeführt. Dabei kann der Einsatz sowohl multifunktional als auch fokussiert auf einzelne Applikationen erfolgen. Der Kapitalwert aus einer rein marktorientierten Optimierung dient im Rahmen der Auswertung als Benchmark für die ökonomische Attraktivität lokaler Applikationen. Aus der erstmaligen detaillierten quantitativen Bewertung von applikationsübergreifenden Anwendungsmöglichkeiten von Energiespeichern lassen sich nicht nur Erkenntnisse für Speicherbetreiber und potentielle Investoren im Energiesektor ableiten, sondern auch für Endverbraucher, Verteilungsnetzbetreiber und Regulatoren. Es wird gezeigt, dass ein Speichereinsatz für lokale Applikationen im Rahmen einer multifunktionalen Betriebsweise unter bestimmten Bedingungen schon heute höhere Kapitalwerte erzielen kann als bei rein marktorientierter Fahrweise. Eine vollständige Vermeidung aller Netzengpässe durch Speicher erfordert jedoch eine überproportional hohe Speicherportfoliodimensionierung, die zu einer unwirtschaftlichen Investitionshöhe führt.
Aktualisiert: 2020-01-13
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