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Energieübertragung und Energieverteilung Seminare

Hier finden Sie alle Seminare und Tagungen im Bereich der elektrischen Energieübertragung. Der Bereich befindet sich zur Zeit in einem Wandel, da die dezentrale Einspeisung immer mehr an Bedeutung gewinnt. Die großen Energiemengen aus der Windenergie müssen nach Süden transportiert werden. Die Solarspitzen in der Mittagszeit müssen vom Netz aufgenommen werden. Der gesamte Netzschutz muss dabei neu betrachtet werden.

Netzschutz erfordert Elektrofachkräfte

Weiterhin von Bedeutung ist das Fachwissen zu den elektrischen Anlagen der Energieübertragung: Transformator, Schaltanlage, Kabel, Freileitung und Netzanbindung. Seminare zum Thema Verantwortliche Elektrofachkraft, VEFK, BGV A3, Schaltberechtigung, Erdungstechnik, Explosionsschutz und Prüfung elektrischer Anlagen finden Sie hier: http://www.hdt-essen.de/elektrofachkraft.

Unser Veranstaltungsangebot:

Browser URL 100x70 Schaltgeräte und Schaltanlagen für Mittel- und Hochspannungsnetze
Schaltgeräte und Schaltanlagen für Mittel- und Hochspannungsnetze
30.05.2016 - 02.06.2016 in Wesel
Browser URL 100x70 Expertennetzwerk Elektroverantwortliche
Expertennetzwerk für Verantwortliche im Elektrobereich 2016 Tagung zur rechtssicheren Organisation
01.06.2016 - 02.06.2016 in Frankfurt
Browser URL 100x70 Regelung von Windenergieanlagen
Last- und Leistungsoptimierte Regelung von Windenergieanlagen
08.06.2016 - 09.06.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Verantwortliche Elektrofachkraft VEFK
Aufgaben und Kompetenzen der verantwortlichen Elektrofachkraft VEFK
09.06.2016 - 10.06.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Lastfluss- und Kurzschlussstromberechnung
Lastfluss- und Kurzschlussstromberechnung in elektrischen Netzen
14.06.2016 - 15.06.2016 in Berlin
Browser URL 100x70 Generatoren
Schutz von Generatoren und Kraftwerksblöcken
16.06.2016 - 17.06.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Energiespeicher
Energiespeicher
22.06.2016 - 23.06.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Batteriemanagementsysteme für Lithium-Ionen-Batteriezellen
Batteriemanagementsysteme für Lithium-Ionen-Batteriezellen
23.06.2016 in München
Browser URL 100x70 Elektrische Komponenten für Windenergieanlagen
Elektrische Systeme, Regelung und Steuerung von Windenergieanlagen
23.06.2016 - 24.06.2016 in Essen
Browser URL 100x70 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung HGÜ
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
29.06.2016 in München

  

Kapitel 1

Aufbau
Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler


Im Wesentlichen besteht ein Elektroenergieverteilungssystem aus folgenden Teilstrukturen:

  • Elektroenergieübertragung
  • HöS: Höchstspannungsebene: 220, 380 kV Elektroenergieverteilung
  • HS: Hochspannungsebene: 110 kV
  • MS: Mittelspannungsebene: 10, 20, 30 kV
  • NS: Niederspannungsebene 690, 400 (230) V.

In Bereich der Übertragung und Verteilung kommen folgende Komponenten zum Einsatz:

  • Transformator
  • Schaltanlage
  • Kabel und Freileitung.
     

Der Transformator entspricht der Stelle der Verknüpfungen der Spannungsebenen und stellt somit eine galvanische Trennung der Netzteile dar. Wegen seines induktiven Wirkprinzips kann er nur Wechselgrößen übertragen.

Schaltanlage

Das Netz muss entsprechend den technischen Bedürfnissen konfigurierbar sein. Außerdem sind unzulässige Fehlzustände zu erkennen und abzustellen. Dafür gibt es im Rahmen der Schaltanlagen die beiden Funktionen Schalten und Trennen.

Währenddessen beim Trennen eine Trennstrecke bestimmten Isolationsvermögens hergestellt werden muss, ist das Schalten mit der reinen Unterbrechung der Ströme (Nenn- und Kurzschlussstrom) verbunden. Der dabei entstehenden Strecke wird wegen der Schwere des Vorganges nicht getraut, so dass für beide Prinzipien eine Funktionstrennung notwendig wird.

In Deutschland haben sich Aluminium- und Kupferkabel und Aluminiumfreileitungen durchgesetzt. Wegen der um Faktor 3,3 geringeren Dichte bei nur 1,6 mal schlechter elektrischer Leitfähigkeit ergibt sich eine auf die Leitfähigkeit bezogene Dichte, die für Aluminium um Faktor 2 kleiner ist als für Kupfer. D. h. Aluminium hat bei einer geforderten Stromtragfähigkeit das deutlich kleinere Gewicht, obwohl der Leiterquerschnitt größer als bei Kupfer ist. Damit ist Aluminium dort prädestiniert, wo es auf ein minimales Gewicht ankommt, Kupfer dort, wo es auf ein minimales Volumen ankommt. Deshalb werden in Deutschland im Freileitungsbau vorzugsweise Aluminiumleiter eingesetzt. Historisch hat sich aus der luftisolierten Freileitung durch Einsatz einer Feststoffisolierung das Kabel entwickelt. Dabei kommen als Isolationsmedium Ölpapiere, Polyethylen, Epoxidharz, PVC und SF6 in Frage.

 

Kapitel 2

 

Betrieb
Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler

Das Elektroenergiesystem weist gegenüber allen anderen Energiemärkten (Gas, Öl, Nuklearbrennstoff) den Mangel auf, keine nennenswerte Speicherkapazität aufzuweisen. Das Elektroenergiesystem ist also eine leistungsorientierte Struktur, die im Sekundenbereich die erzeugte und verbrauchten Energien durch Steuerungen und Regelungen saldiert, da es sonst zu einer positiven oder negativen Beschleunigung der Netzfrequenz käme. Das Kriterium der Frequenzbandregelung führt dazu, dass die Netzfrequenz von 50 Hz in Europa nur um 200 mH schwankt. Deshalb ist namentlich Erzeugung, Transport und Verbrauch der Elektroenergie zeitlich nicht entkoppelbar und somit auch nur bedingt eigenständige Märkte dazu bildbar. Das Netz muss ständig in Regelzonen überwacht und das Leistungsangebot an den Verbrauch und in kritischen Situationen auch der Verbrauch an das Angebot angepasst werden.

Der historische Umstand des länderübergreifenden Verbundes ist neben dem Energietransport über große Entfernungen vor allem mit dem Anspruch der Netzversteifung (δP/δf → groß) verbunden.

Die Primärreserve stellt die kinetisch in den Generatoren gespeicherte Energie und ist in der Lage Lastschwankungen im Sekundenbereich auszugleichen. Darüber hinaus sind die Kraftwerke in der Lage, die Leistung im Bereich weniger Prozent der Nennleistung zu variieren (Minutenreserve). Die Sekundärreserve kann durch schnell anlaufende Turbinen (Gas, Wasser) im Bereich weniger Minuten zur Verfügung gestellt werden. Das Anfahren von Kraftwerken (Kaltreserve) braucht mehrere Stunden und wird als Tertiärreserve bezeichnet. Das funktionierende Zusammenspiel der Reserven ist die Voraussetzung, im Netz ohne Lastabwurf und entsprechendem Black Out auszukommen.

Es gilt der Ansatz, dass die Spannungsebene in Kilovolt ungefähr der Netzausdehnung in Kilometern entspricht, da das Netz mit möglichst hohem Wirkungsgrad η betrieben werden soll.

Es ergeben sich Verluste von ca. 1 %/100 km.

Der Längsspannungsabfall UL muss durch Leitermaterialeinsatz möglichst klein, die Netzspannung jedoch möglichst groß gehalten werden. In Deutschland ist damit die höchste Spannungsebene 380 kV (HöS), währenddessen weltweit 700… 1.100 kV-Leitungen (UHS) errichtet wurden. Die Freileitungen im Netz entsprechen den Linien.

Der Verbrauch der Elektronenergie erfolgt in der Regel aus dem Niederspannungsnetz, für große Motoren auch aus dem Mittelspannungsnetz. Daraus leitet sich die Existenz des Transformators ab. Die Transformation ist mit erheblichen Verlusten (ca. 1 %) verbunden. Sie entsprechen im Netz dem Transformatorsymbol. Schaltanlagen werden zum automatischen und manuellen Trennen und Schalten der Elektroenergieflüsse im Normal- und Störungsfall (Überlast und Kurzschluss) verwendet und entsprechen im Netz den Knoten.

 

Kapitel 3

Vergangenheit und Gegenwart
Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler

Die Inbetriebnahme der ersten Freileitung vom Wasserkraftwerk in Lauffen/Neckar nach Frankfurt zur Weltausstellung 1891 (Länge: 175 km) wird als der Beginn der Elektroenergieübertragung und –verteilung in Deutschland bezeichnet. Der Siegeszug der Elektroenergietechnik war von da an nicht aufzuhalten und hat bis zu den Ölkrisen mit jährlichen Wachstumsraten von 7 % das mittlere Wirtschaftswachstum der letzten 100 Jahre von 4 % deutlich übertroffen. Durch die beiden Ölkrisen 1973/1979 änderte sich die Korrelation, und der Elektroenergieverbrauch in Deutschland stagniert bei einem Wirtschaftswachstum von rund 1,5 % pro Jahr. Das Elektroenergieübertragungs und -verteilungsnetz ist also ein gesättigter Markt.

Unsere Altvorderen haben bei der Errichtung ein landesüberspannendes Netz aus Kraftwerken, Umspannstationen, Freileitungen und Kabelnetzen geschaffen mit dem 600 TWh (2005) übertragen werden. Dies entspricht ca. 15 % des Primärenergieverbrauchs von 4.000 TWh (2005). Pro Kopf sind das 900 W, bzw. 6.000 W Dauerleistung. Dies entspricht einem Steinkohleäquivalent pro Jahr und Kopf von 6,5 t oder einem Erdöläquivalent von 5.200 l.

So sind in Deutschland rund 200 große Kraftwerke (> 100 MVA) und im Hochspannungsnetz mehr als 100.000 km Freileitungslänge installiert. Die Anzahl der MS-Schaltanlagen ist mit ca. 1 Million Stück angebbar. Der Gesamtumsatz mit dem Übertragungsnetz in Deutschland beträgt ca. 130 Milliarden Euro und entspricht damit ca. 6 % des BIPs.

Es wird in Deutschland eine Nichtverfügbarkeit von 6 - 10 min pro Jahr erreicht.

Der Stromerzeugungsmix in Deutschland wird nach wie vor von konventionellen Energieträgern bestimmt (> 80 %).

 

Kapitel 4

Ausblick
Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler

Untersucht man das Alter der Energieversorgung (z. B. Transformator: Stichprobenumfang: 1200) stellt man fest, dass es eine signifikante Überalterung der elektrischen Betriebsmittel ähnlich der Demographie der Landesbevölkerung gibt. Bei einer typischerweise unterstellten Lebensdauer von 30 Jahren für Betriebsmittel müssten in einem gesättigten Markt 3,3 % der Anlagen pro Jahr reinvestiert werden, um den Anlagenbestand in 30 Jahren komplett umzuwälzen. Praktisch sind es nur 1,5 %.

Es ergeben sich folgende Herausforderungen für Deutschlands Elektroanlagenbestand:

  • Neu zu errichtende Betriebsmittel müssen deutlich länger halten als bisherige.
  • Die im Einsatz befindlichen müssen länger funktionieren.

Der Umbau der Energiegewinnung ist im vollen Gang und hat durch die Katastrophe in Tschernobyl und Fukushima einen unumkehrbaren Zug bekommen.

Diese Entscheidung ist langfristig sinnvoll, da davon auszugehen ist, dass in ca. 200 Jahren die fossilen Energieträger vollständig erschöpft sein werden. Dieses Szenario wird natürlich nicht nur die Elektroenergie, sondern vor allem auch den Primärenergieverbrauch betreffen, da die Elektroenergie nur zu ca. 15 % am Gesamtenergieverbrauch beteiligt ist und wird dazu führen, dass die verschiedenen Energieformen wirtschaftlich und ökonomisch miteinander verknüpft und damit gleichgestellt werden. Ingenieurtechnische Lösungen der gegenseitigen Umwandlung werden diesen Effekt weiter vorantreiben.

Das Elektroenergienetz steht mittelfristig vor folgenden zu beherrschenden Herausforderungen:

  • Erneuerung, Umbau und Vergrößerung des Netzes
  • Dezentrale Energieerzeugung durch Wind- und Sonnenkraftwerken
  • Rückbau zentraler Atomkraftwerke in der Nähe der Verbrauchsräume
  • Einfluss der Fluktuation der Kurzschluss- und Blindleistung auf Netzbetrieb

Aufgrund des vorhersagbaren Verbrauchs muss sich in einem leistungsgeführten Netz stets ein sinnvoller Mix aus dem Bedarf selbst und der Dynamik der bereitgestellten Energiequellen ergeben. Ein Aufgeben der momentan herrschenden Zwänge der Gleichzeitigkeit ist nur mit der dezentralen Energiespeicherung möglich, da sich die Kapazitätsauslastungen und Verfügbarkeiten der verschiedenen Energieformen zu stark unterscheiden. Für entsprechend leistungsstarke Energiespeicher ist momentan noch kein großflächiger Durchbruch absehbar. Am ehesten kann einer dezentralen Variante (Brennstoffzelle und Hochleistungsakkumulator) dies bei hohen Wirkungsgraden zugetraut werden.

Die verschiedenen Energieformen sind momentan in einem instabilen Gleichgewicht. Es muss ingenieurtechnisch und politisch gelingen, diese Differenzen abzubauen.

Als Megatrends können festgehalten werden:

  • Rückbau von Atomkraftwerken
  • Lebensdauerverlängerung von Altanlagen
  • Bau von Gaskraftwerken
  • Erhöhung des Wirkungsgrades von Solarzellen
  • Entwicklung von Energiespeichern (Hochleistungsakkumulator)
  • Entwicklung von Anlagen zur Energieumwandlung (Brennstoffzelle)

 

Literatur
Für die Erstellung der Unterlage wurden folgende Quellen verwendet:

Alt, H.: Zunehmender Windenergieanteil - Auswirkungen auf Netzbau und Betrieb

Böhme, H.: Mittelspannungstechnik

Heinloth, K.: Die Energiefrage

Heuck, K.: Elektrische Energieversorgung

Hiller,T.: Berechnung der Dauer von Versorgungsunterbrechungen...

Kleimeier, M.: Einsatzmöglichkeiten von Speichern in EVU-Netzen, VDI-Bericht

Noack, F.: Einführung in die elektrische Energietechnik

Schufft, W.: Taschenbuch der elektrischen Energietechnik

Zahoransky, R.: Energietechnik

Windmöller, R.: Die wirtschaftliche Bedeutung der Versorgungsqualität

Notwendigkeit und Ausgestaltung geeigneter Anreize für eine… Errichtung neuer Kraftwerke, Gutachten für das BMWi, Frontier Economics und Consentec

VDE: Stromversorgungsstörungen

www.ag-energiebilanzen.de

www.walter-schossig.de

www.life-needs-power.de

Vorlesungsskript, TU Dresden, Prof. Großmann

Vorlesungsskript, HTW Dresden, Prof. Rogler

 

 
Herr Dipl.-Ing. Hömberg berät Sie gerne.
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