Neuer Regler verteilt Strom einfach und effizient im Niederspannungsnetz

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Wissenschaftler an der Technischen Universität Kaiserslautern haben einen Netzregler entwickelt, der den Stromfluss in Niederspannungsnetzen überwacht und gegensteuert, wenn sich der Bedarf in verschiedenen Leitungen ändert.

Bis zum Jahr 2050 soll die Stromversorgung in Deutschland zu 80% aus erneuerbaren Energien stammen – das sieht der Plan der Bundesregierung vor. Ein beträchtlicher Teil davon wird in Niederspannungsnetze eingespeist, um Haushalte mit Energie zu versorgen. Allerdings könnte es in naher Zukunft durch die Zunahme von Elektroautos zu einer Überlastung dieser Netze kommen. Zusammen mit Industriepartnern hat Ingenieur Stefan Lang an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) einen Netzregler entwickelt, der den Stromfluss misst und gegensteuert, wenn sich der Bedarf in verschiedenen Leitungen ändert. Die Technik ist kostengünstig und kann einfach in vorhandene Niederspannungsnetze eingebaut werden.

Hoher Energiebedarf am späten Nachmittag und in den Abendstunden

Wenn am späten Nachmittag oder in den Abendstunden in den deutschen Haushalten Fernseher laufen, Jugendliche mit ihren Computerkonsolen spielen, Lichter leuchten, der Wäschetrockner läuft oder auf dem Herd das Essen kocht, ist der Energiebedarf besonders hoch. Der Strom aus unseren Steckdosen kommt dabei aus Niederspannungsnetzen. „Sie machen rund 65% des insgesamt 1,8 Mio. km langen Stromnetzes in Deutschland aus“, sagt Stefan Lang, der sich im Rahmen seiner Promotion am Lehrstuhl für Energiesysteme und Energiemanagement bei Professor Dr. Wolfram H. Wellßow mit diesem Thema beschäftigt hat. Für diese Netze gilt: Die Spannung darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da ansonsten Geräte wie Computer oder Kaffeemaschinen Schaden nehmen können. „Hinzu kommt die thermische Belastung, zu der es kommen kann, wenn zu viel Strom fließt“, fährt er fort. In der Folge könnten Stromleitungen überlastet werden, schlimmsten Falls Schaden nehmen und somit der Stromfluss zum Erliegen kommen.

Elektroautos lassen den Strombedarf in Zukunft deutlich steigen

Ein Großteil des Stroms in Niederspannungsnetzen stammt bereits von Photovoltaikanlagen, die ihren Strom jedoch nur tagsüber einspeisen können, wenn er produziert wird. Durch Elektroautos könnte der Bedarf jedoch in den kommenden Jahren deutlich steigen, vor allem in der zweiten Tageshälfte, wenn Autobesitzer ihre Wagen zu Hause am Netz aufladen. „Für die Stromnetze stellt dies eine zusätzliche Belastung dar“, sagt Lang. „Bislang gab es für diese Szenarien noch keine Lösungen.“

In vermaschten Netze fließt der Strom ringförmig

An einer solchen hat der Ingenieur im Rahmen seiner Promotion gearbeitet. Im Fokus standen dabei sogenannte vermaschte Netze, bei denen der Strom ringförmig fließt und Netzwerkknoten miteinander verbunden sind. Sie versorgen unter anderem Wohngebiete mit Strom. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie hat Lang einen Netzregler entwickelt, der die Stromverteilung automatisch im Blick hat.

Konventionelle Transformatortechnik lässt sich leicht in vorhandene Verteilerschränke einbauen

„An verschiedenen Punkten misst der Regler den Strom in den verschiedenen Leitungen“, erklärt der Ingenieur die Technik. „Er ermittelt, wie viel Strom in welchen Leitungen fließt, regelt den Stromfluss und steuert gegen, wenn zum Beispiel in einer Leitung mehr Strom fließt, als diese führen darf.“ Das Besondere dabei: Es kommt konventionelle Transformatortechnik zum Einsatz, die sich leicht in vorhandene Verteilerschränke einbauen lässt.

Gemeinsam mit dem Energietechnikunternehmen Walcher hat Lang einen Prototypen gebaut und ihn auf dem Kaiserslauterer Campus getestet. Auch einen ersten Einsatz in einem Stromnetz in der Nähe von Landau hat die Technik erfolgreich absolviert.

Preisgekrönte Spannungs- und Wirkleistungsreglung

Für diese Arbeit mit dem Titel „Konzeption einer Spannungs- und Wirkleistungsreglung für vermaschte Niederspannungsnetze“ ist der Ingenieur kürzlich mit dem 2. Preis der Stiftung Energie & Klimaschutz ausgezeichnet worden. Die Preisverleihung fand im Rahmen des Abschluss-Symposiums des „EnergieCampus“ am Karlsruher Institut für Technologie im November statt.

Am Projekt „Flexibler Ortsnetz Spannungs- und Wirkleistungs-Regler (FLOW-R)“ waren neben der TUK und Walcher der Energieversorger Pfalzwerke und das Technikunternehmen Power Plus Communications beteiligt. Gefördert wurden die Arbeiten vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

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