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Power Hardware-in-the-Loop Labor zur Verifikation grüner Technologien

Um den Emissionsausstoß und damit die anthropogene Klimakrise zu begrenzen, ist es notwendig, dass im Stromnetz erneuerbare Energien an die Stelle großer fossiler Kraftwerke treten. Der dadurch entstehende Wandel des Energiesystems bringt viele Herausforderungen für die Stabilität des elektrischen Netzes mit sich.

Der Umstieg von fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien hat zur Folge, dass die Kapazitäten vormals großer Kraftwerksblöcke durch kleinere erneuerbare Einheiten ersetzt werden müssen. Diese verfügen nicht nur über kleinere Einzelkapazitäten, sondern sind zudem wie Photovoltaik und Windkraftanlagen auch wetterabhängig von Sonneneinstrahlung und Windverhältnissen. Um die Zuverlässigkeit der elektrischen Energieversorgung sicherzustellen, ist es daher notwendig, die unbeständige Natur der erneuerbaren Energien durch Speicher, steuerbare Lasten und entsprechende Regelungen zu kompensieren. Es ist jedoch nicht möglich, das Zusammenwirken einzelner Komponenten und ihrer Regelung in einem realen Stromnetz vollständig zu untersuchen, da dies den Netzbetrieb gefährden könnte.

Abhilfe schaffen sogenannte Power Hardware-in-the-Loop Versuche, welche reale Hardwarekomponenten, wie Speicher und Lasten mit einem simulierten Stromnetz koppeln. Der Aufbau ermöglicht insbesondere die Untersuchung von Störszenarien und Extremfällen, die im Normalbetrieb des Stromnetzes nicht vorkommen. Die Versuche werden im gemeinsamen Power Hardware-the-Loop Simulation Laboratory (PHiLsLab) der Institute für Elektrische Energietechnik (ieet, E-6) und Mechatronik (iMEK, M-4) mit Hilfe hochauflösender Messtechnik durchgeführt.

Abbildung 1: PHiLsLab mit neuem Gleichstromteil DiCIE

Ziel dieses I³-Projektes ist es, mit Hilfe des PHilsLab grüne Technologien und Regelstrategien zu verifizieren. Dafür wurden Modelle elektrischer Energiesysteme erstellt und Algorithmen entwickelt, die die potentielle Leistungsbereitstellung wetterabhängiger Energiequellen mit hoher Sicherheit vorhersagen. Die Möglichkeiten der Bereitstellung von Regelleistung durch wetterabhängige Energiequellen wurden analysiert. Um Batteriespeicherkapazitäten besser nutzen zu können, wurden Regelungen für diese entwickelt und im PHilsLab überprüft. Im Rahmen des vom BMWK geförderten Anschluss-Verbundvorhabens „SuSy – Sustainable Energy Solution on Ships“ erhält das Labor eine Erweiterung um gleichermaßen Wechsel- und Gleichstromnetze als Inseln oder im Verbund erproben zu können.

Ansprechpartner*innen:

Prof. Christian Becker, Stefan Möws

Institut für Elektrische Energietechnik, Technische Universität Hamburg (TUHH)
stefan.moews@tuhh.de

www.tuhh.de/ieet

Prof. Thorsten A. Kern, Jana Ihrens

Institut für Mechatronik im Maschinenbau, Technische Universität Hamburg (TUHH)
jana.ihrens@tuhh.de

www.tuhh.de/imek/