Ökonomisches Potential der Implementierung von Smart Grid Ansätzen in beispielhaften Niederspannungsnetzen mit BHKW-Zubau

Abstract

In dieser Arbeit wird untersucht, welche Auswirkungen verschiedene Zubauszenarien von Micro-BHKW-Erzeugungsanlagen in vier verschiedenen Niederspannungsnetzabschnitten haben. Dazu wird ein Modell des Niederspannungsnetzes in einer Simulationsumgebung implementiert.<br />Da zu der genauen Beschreibung der im Netz verteilten Lasten stochastische Lastmodelle von Vorteil wären, werden verschiedene Verfahren in der Literatur untersucht, für die Beschreibung der Leistungsverläufe der Erzeugungsanlagen jedoch real gemessene Profile verwendet. Da die für eine stochastische Beschreibung notwendigen Messdaten derzeit nicht zur Verfügung stehen, werden die Lasten durch standardisierte Lastprofile beschrieben. Die Erhöhung der Netzspannung, die ein BHKW bei der Stromeinspeisung bewirkt, darf die für das Niederspannungsnetz zulässigen Grenzwerte nicht übersteigen. Damit eine solche unzulässige Erhöhung vermieden wird, muss in der Regel bei zu großer Einspeiseleistung eine Netzverstärkung in Form eines Leitungsausbaus erfolgen, der je nach zu tauschender Länge mit großen Kosten verbunden sein kann. Eine mögliche Alternative dazu ist die Installation einer Leittechnik zur Spannungsregelung. Daher wird in dieser Arbeit weiters untersucht, unter welchen Randbedingungen eine solche Alternativlösung wirtschaftlich sein kann.<br />Wie die Simulationsergebnisse zeigen, sind bei realistischen Zubauszenarien von Mikro-BHKWs in den betrachteten Netzabschnitten keine kritischen Auswirkungen auf das Netz und damit auch keine erforderlichen Netzausbauten zu erwarten. Die Anlagenleistungen zur Deckung des erforderlichen Wärmebedarfs sind eher klein und die Netzabschnitte verhältnismäßig gut ausgebaut.<br />Ein fiktives Szenario mit einem 60 kW-BHKW zeigt, dass bei Anlagen dieser Größenordnung Spannungsbandverletzungen auftreten können. Eine zum Leitungsausbau alternative Leittechniklösung wird je nach Kosten dieser Leittechnik jedoch erst ab einer gewissen zu tauschenden Leitungslänge wirtschaftlich. Hierbei ist deutlich erkennbar, dass die Längen sehr stark von den Kostenvarianten der Leittechnik und damit stark von der eingesetzten Kommunikationstechnologie abhängen.<br />

This thesis investigates the effects of different scenarios of integrated Micro-CHPs in four low-voltage grid sections. Therefore a network model of the grid is implemented into a computer aided engeneering tool for the analysis of electrical power systems.<br />For a detailed description of network loads the use of stochastic models would be necessary. Therefore several methods from the literature are being evaluated. For the application of one of these stochastic models, data for the load analysis needs to be measured . As sufficient measurements haven't been carried out until now, standardized load profiles are used for load modeling. However, real measured generation-profiles are used for the Micro-CHP units. The raise in the supply voltage due to the electricity generators must not exceed the permitted limit. To avoid such violations due to the generators high power levels, the transmission line which the generator is connected to, usually has to be reinforced. This can be related to high costs depending on the length of the line segment that has to be replaced.<br />Another possible option is the installation of a process control for voltage regulation. Consequently this study investigates the marginal conditions for a cost-efficient voltage regulation solution. The results of the simulation show that realistic integration scenarios of Micro-CHPs don't have any critical effects on the supply voltage in the considered grid sections. Hence no upgrading measures are necessary.<br />The required power levels of the integrated power plants for the coverage of the essential heat demand are rather small and the grid sections are comparatively well developed.<br />A notional scenario with a 60kW-Micro-CHP shows that voltage exceedances can occur with plants of this scale. An alternative solution using voltage regulation won't be cost efficient until the line segment that has to be replaced, in case of an upgrade, exceeds a certain length.<br />These lengths considerably depend on the costs of the process control and thereby on the communication technology used.<br />