Konzeptionelle Möglichkeiten zur Entflechtung von Transport- und Netzintegrationsaufgaben von Höchstspannungsnetzknoten

Abstract

Übertragungsnetzbetreiber sind für Planung, Bau und Betrieb des Höchstspannungsnetzes verantwortlich. Neben dem Transport großer Energiemengen aus konventionellen und erneuerbaren Quellen umfasst ihr Auftrag auch die Versorgung und den Anschluss von Kunden. Der Netzausbau infolge der Energiewende, verstärkt durch den European Green Deal, führt zu einer wachsenden Zahl an Einspeisepunkten im Höchstspannungsnetz, etwa durch Onshore- und Offshore-Windparks, leistungsstarke Elektrolyseanlagen und Rückspeisungen aus Photovoltaik. Dadurch steigt der Bedarf an Leitungen, Netzknoten und Schaltfeldern, während technische (z.B. Kurzschlussfestigkeit) und räumliche Grenzen (begrenzte Flächen) die Anlagenplanung einschränken. Diese Arbeit untersucht, ob die konzeptionelle und bauliche Trennung von Schaltanlagen in Netzknotenanlagen, die primär dem Energietransport dienen, und Versorgungs- /Kundenanlagen, die ausschließlich für den Anschluss von Transformatoren von Verteilnetzbetreibern und Kunden vorgesehen sind, eine technisch und betrieblich sinnvolle Möglichkeit darstellt, um den Flächenbedarf und die Anzahl der Schaltfelder pro Anlage zu reduzieren. Die Analyse umfasst Bewertungen zu Leistungsfluss, Transportkapazität, Kurzschlussniveau und Zuverlässigkeit. Die Ergebnisse zeigen: Jede Anbindung von Erzeugung oder Last zwischen zwei Netzknoten – im Vergleich zum direkten Anschluss in einem Netzknoten – erhöht die Auslastung einzelner Leitungsabschnitte und verringert die Transportkapazität. Unter den untersuchten Varianten bietet die Einfacheinschleifung in vielen Szenarien Vorteile gegenüber der Volleinschleifung, sowohl hinsichtlich der Transportkapazität als auch in Bezug auf ein geringeres Kurzschlussniveau. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur Frage, wie der zukünftige Netzausbau gestaltet werden kann, um die Integration neuer Erzeugungskapazitäten unter Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Stromnetzes zu ermöglichen, ohne dabei technische Grenzwerte zu überschreiten oder den Bedarf an zusätzlichen, zusammenhängenden Flächen unverhältnismäßig zu erhöhen.

Transmission system operators are responsible for planning, constructing, and operating the extra-high-voltage grid. Their role encompasses both the transmission of large volumes of electricity from conventional and renewable sources and the supply and connection of customers. The ongoing grid expansion driven by the energy transition, reinforced by the European Green Deal, has led to a significant increase in feed-in points in the extra-high-voltage network, including onshore and offshore wind farms, large-scale electrolysis plants, and reverse flows from photovoltaic generation. This expansion increases the need for lines, substations, and switchbays, while technical constraints (e.g., short-circuit withstand capability) and spatial limitations (availability of large, contiguous sites) restrict substation design. This study investigates whether separating substations into transmission substations – primarily for energy transport – and supply/customer substations – exclusively for connecting transformers of distribution network operators and customers – is a techni- cally and operationally viable approach to reducing land requirements and the number of switchbays per site. The analysis covers power flow, transmission capacity, short- circuit levels, and reliability. The results indicate that connecting generation or load between two substations in- creases the loading of individual line sections and reduces transmission capacity compared to direct connection at a substation. Among the investigated configurations, the loop-in with two circuits frequently outperforms the loop-in with four circuits, offering both higher transmission capacity and lower short-circuit levels.The findings contribute to the ongoing discussion on designing future grid expansion to integrate new generation capacity while maintaining network reliability, without exceeding technical limits or disproportionately increasing the need for additional, contiguous land.