Forschungsnetzwerk Stromnetze

Strommast vor blauem Himmel
(Bild: erwo1/iStock/Thinkstock)

Das Forschungsnetzwerk Stromnetze fungiert als Schnittstelle zwischen Politik, Wissenschaft und Praxis. Die Mitglieder erarbeiten Vorschläge, wie die Forschungsförderung zu Stromnetzen strategisch ausgerichtet werden kann, und wie Förderaufrufe, Förderbekanntmachungen oder Wettbewerbe thematisch gestaltet werden können.

Stromnetze nehmen eine besondere Schnittstellenfunktion im Energiesystem ein. Der Aus- und Umbau der Stromnetze steht vor der Aufgabe, neben der Integration erneuerbarer Energien und dezentraler Erzeugungsanlagen weiterhin eine hohe Versorgungsqualität und –sicherheit zu gewährleisten. Durch die Digitalisierung und den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) entstehen dabei zusätzliche Chancen und Herausforderungen. Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, sind Forschung und Entwicklung unverzichtbar.  

Das Forschungsnetzwerk Stromnetze trägt als wichtiges Instrument der Energieforschungspolitik dazu bei, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf diesem Gebiet miteinander zu vernetzen. Das ermöglicht Durchsichtigkeit und Teilhabe. Das offene und selbstorganisierte Expertennetzwerk, gegründet 2015, handelt eigenständig und nach dem Bottom-up-Prinzip, von „unten nach oben“. Die Mitglieder arbeiten an Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen in ganz Deutschland, von Hamburg bis Freiburg und von Bochum bis Magdeburg.

Die Wissenschaftler beteiligen sich unter anderem an Strategieprozessen, indem sie Vorschläge machen, zu welchen Themen künftig geforscht werden sollte und welche Förderschwerpunkte und –formate es geben sollte. So haben sich die Mitglieder etwa am Konsultationsprozess des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) für das 7. Energieforschungsprogramm, das im Herbst 2018 veröffentlicht wurde, beteiligt und konkrete Expertenempfehlungen abgegeben.

Mitarbeit im Forschungsnetzwerk Stromnetze

 Aufgrund der Komplexität des Forschungsbereichs deckt das Netzwerk ein breites Themenspektrum ab. Die Zusammenarbeit erfolgt in fünf Arbeitsgruppen. Jede Arbeitsgruppe erarbeitet für die derzeitigen und kommenden Anforderungen an die Stromnetze konkrete Forschungsziele. Die Themen der einzelnen Arbeitsgruppen sind danach gewählt worden, welche Schwerpunkte die Mitglieder als derzeit besonders wichtig einstufen, und dienen als inhaltlicher Leitfaden des Netzwerks. Diese Fokusthemen sind dynamisch und können sich im Laufe der Netzwerkarbeit verändern und so flexibel an aktuelle Prozesse anpassen.

Die Geschäftsstelle des Forschungsnetzwerks Stromnetze liegt beim Projektträger Jülich als Partner des BMWi für das Forschungsmanagement der geförderten Projekte.  Der Projektträger steht für fachliche und organisatorische Fragen zur Verfügung. Neben den aktiven Mitgliedern können sich interessierte Akteure jederzeit melden, denn die Arbeitsgruppen stehen allen offen, die sich inhaltlich einbringen möchten.

Die Energiewende stellt durch die künftigen dezentralen Versorgungsstrukturen neue Anforderungen an die Netzbetriebsführung, Netzplanung und den Netzschutz und erfordert hierfür neue Strategien und Komponenten. Die Arbeitsgruppe widmet sich daher der Netzbetriebsführung und –stabilität, der Systemstruktur für stabile Stromnetze sowie der Modellierung und Systemanalyse. Durch den Umbau des Energiesystems sind neue Lösungen für eine flexible, sichere und effiziente Netzbetriebsführung und Systemstabilität gefragt, damit die notwendige Digitalisierung und Dezentralisierung der Stromnetze gelingt. Hinzu kommt die Entwicklung von Strategien für den Notfall oder Systemausfälle. Zudem erfordert die Energiewende, dass die Struktur des Versorgungssystems und damit auch die Netzinfrastruktur an die veränderten Rahmenbedingungen angepasst werden. Im Hinblick auf die Modellierung und Systemanalyse diskutieren Wissenschaftler über Methoden, mit der sie die Systemstabilität bewerten und so die Versorgungssicherheit des Energiesystems prüfen, erhalten und optimieren können.

Ansprechpartner

Prof. Christof Wittwer
E-Mail:
Website: Fraunhofer ISE

Prof. Wolfram H. Wellßow
E-Mail:
Website: TU Kaiserslautern

Die Arbeitsgruppe (AG) konzentriert sich auf vier Themenschwerpunkte rund um Anlagen- und Stromrichtertechnik. Für das Stromnetz der Zukunft müssen Innovationen bei Netzbetriebsmitteln und Anlagentechnik erforscht und entwickelt werden. Neben der Technologieentwicklung selbst betrifft das neue Ansätze für die Weiterentwicklung von Designtools, Modellierung, Simulation, Mess- und Prüftechnik sowie experimentelle Überprüfungen und Langzeitdemonstrationen. Auch die Interaktion von Stromrichtern mit dem Energieversorgungsnetz nimmt weiter zu. Stromrichter wandeln Gleich- in Wechselspannung um, damit Strom über unterschiedliche Spannungsebenen hinweg transportiert werden kann. Ihre Rolle in verschiedensten Netzformen gewinnt mit dem steten Anstieg des Anteils erneuerbarer Energien an Bedeutung. Der Wandel der Energieversorgung von einem zentralisierten hin zu einem dezentralen Versorgungssystem mit vielen kleinen Erzeugern und Verbrauchern auf nahezu allen Spannungsebenen stellt die Schutz- und Leittechnik vor neue Herausforderungen. Damit stellt die Schutz- und Leittechnik in dezentralen Energiesystemen ein weiteres wichtiges Forschungsfeld dar. Der Netzbetrieb unterliegt fortdauernd veränderten Anforderungen. Diese ergeben sich aus dem sich stetig ändernden Einspeiseverhältnis von herkömmlich und erneuerbar erzeugter Energie.

Ansprechpartner

Prof. Detlef Schulz
E-Mail:
Website: Helmut-Schmidt-Universität

Prof. Volker Staudt
E-Mail:
Website: Ruhr-Universität Bochum

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) und die Integration von Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) sind große Fokusthemen bei der Forschung zu den Stromnetzen der Zukunft. So entwickeln Wissenschaftler neue Netzberechnungsmethoden für die AC/DC-Integration indem sie definieren, wie mittels leistungselektronischer Umrichter gekoppelte AC- und DC-Netze weiterentwickelt werden können. In Bezug auf Netzbetrieb und –regelung, beraten Forscher, wie Methoden und Funktionen für den Betrieb und die Regelung von AC-/DC-Netzen so weiterentwickelt werden können, dass das Energiesystem effizient und sicher bleibt. Ein weiteres Schwerpunktthema sind die Netzkomponenten. Der Einsatz der DC-Technologie in Übertragungs- und Verteilnetzen erfordert aufgrund anderer Betriebsbeanspruchungen im Vergleich zu Netzkomponenten in reinen AC-Netzen neue und angepasste Netzbetriebsmittel. Damit das Netz bei AC- sowie DC-seitigen Fehlervorkommnissen geschützt ist, bedarf es im Bereich Netzschutz und Netzleittechnik in AC/DC-Netzen neuer Konzepte und Lösungen für den Betrieb sowie für notwendige Leittechnik für unterschiedliche Arten von Notfällen. In Bezug auf Netzplanung und –design bestimmen Wissenschaftler Planungskriterien für sowohl hybride AC-/DC-Netze als auch reine DC-Netze sowie einen möglichen Übergang von AC- zu AC-/DC-Netzen. Ebenso werden Methoden zur Bestimmung optimaler Netztopologien und Netzauslegungen für AC-/DC-Netze entwickelt.

Ansprechpartner

Prof. Dirk Westermann
E-Mail:
Website: Technische Universität Ilmenau

Prof. Jutta Hanson
E-Mail:
Website: Technische Universität Darmstadt

Um die nötige Flexibilisierung des Energiesystems zu erreichen entstehen durch Sektorkopplung vielversprechende Potenziale. Durch sie kann überschüssiger Strom genutzt und Flexibilität bereitgestellt werden. Dies beinhaltet etwa die Wärmeerzeugung mit Strom, die Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken oder die Erzeugung von Wasserstoff (Power-to-Gas) und Treibstoff (Power-to-Liquids). Ein weiterer Grundpfeiler eines flexibilisierten Energiesystems sind Energiespeicher. Die netzdienliche und wirtschaftliche Integration von Speichern ermöglicht, überschüssige Energie zu puffern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzurufen. Gleichzeitig soll es durch Demand Side Management möglich werden, dass Fabriken und Privathaushalten genau dann Strom verbrauchen, wenn viel Strom im Netz ist. So entstehen durch Lastmanagement-Strategien weitere Chancen, das Stromnetz zu stabilisieren. Eine Flexibilisierung des Energiesystems benötigt zudem veränderte regulatorische Rahmenbedingungen. So müssen etwa dynamische Netzentgelte geschaffen werden oder Schnittstellen- und Sicherheitsstandards angepasst werden, damit die neuen Flexibilisierungstechnologien erfolgreich sind. Im Hinblick auf das Gesamtgefüge, muss die Analyse des Energiesystems stets abhängig von der räumlichen und zeitlichen Betrachtungsebene sowie ganzheitlich technisch und wirtschaftlich erfolgen.

Ansprechpartner

Prof. Constantinos Sourkounis
E-Mail:
Website: Ruhr-Universität Bochum

Prof. Ines Hauer
E-Mail:
Website: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Digitalisierung und der damit verbundene Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) spielen auf allen Ebenen des Stromnetzes eine immer wichtigere Rolle. Im Hinblick auf die Automatisierung und das Energiemanagement steuern und regeln IKT beispielsweise die Anlagen zur Energieversorgung, ohne menschliche Eingriffe. Zudem entstehen im Energiesystem immer mehr Daten – in unterschiedlichsten Formaten und Zeitintervallen. Fachleute entwickeln daher Verfahren weiter, um diese Daten zu analysieren und daraus Informationen für weitere Prozesse zu generieren. Ein weiterer Effekt des Umbaus des Energiesystems ist das Entstehen neuer Potenziale für Dienstleistungen. Angeboten werden diese auf virtuellen Plattformen, die neu entwickelt werden müssen.  Zugleich bedarf es neuer digitaler Geschäftsmodelle, um diese Services künftig zu vermarkten. Mit der Digitalisierung der Stromnetze kommt der Sicherheit und Widerstandskraft der IKT-basierter Energiesysteme eine besondere Bedeutung zu. Unter IKT-Sicherheit/Cybersecurity fallen Maßnahmen, die das Energiesystem schützen. Cyberresilienz wiederum meint, dass das Energiesystem mithilfe von IKT nach auftretenden größeren Fehlern, wie einem Hackerangriff, wieder zügig in den Normalzustand zurückfindet.

Ansprechpartner

Prof. Peter Bretschneider
E-Mail:
Website: Fraunhofer IOSB, Institutsteil Angewandte Systemtechnik (AST)

Dr. Christoph Mayer
E-Mail:
Website: OFFIS e.V. - Institute for Information Technology

Publikationen

Forschungsnetzwerk Stromnetze

Expertenempfehlung für das 7. Energieforschungs-programm

Download
2017PDF1.06 MB

Kontakt

Dr.  Anja Strauchs
Projektträger Jülich

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