Möbius, Patrick

In diesem Beitrag wird der technische Bericht zum Kooperationsprojekt „watching impedance resonances to exploit unused potentials” – zu Deutsch “Resonanzstellenbeobachtung zur Kapazitätsausschöpfung“ (WIRE-UP) vorgestellt. Um das Temperaturmonitoring an unterschiedlichen Kabelgeometrien zu validieren, wurden 5 Kabeltypen, davon 3 bei Niederspannung und 2 bei Mittelspannung, in einem Klimacontainer vermessen. So konnten die elektrischen Eigenschaften mit den Betriebstemperaturen korreliert werden. Der Bericht umfasst Testobjekte inklusive wesentlicher elektrischer Eigenschaften, eingesetzte Großgeräte, notwendige Peripherie und den Messaufbau. Es wird gezeigt, dass der Aufbau geeignet ist, um das Verfahren zu validieren. Der Ausblick beschreibt zukünftige Verbesserungen und aktuelle Limitationen.

Zur Messung der zeit- und frequenzabhängigen Netzimpedanz werden an der Professur für elektrische Energiesysteme der Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg mobile Messanlagen für die Mittel- und Hochspannung entwickelt. Diese Arbeit beschreibt den Lösungsansatz zum Erlangen der Spannungsfestigkeit der 110-kV-Messanlage unter dem Einsatz minimaler Mittel und der Verwendung des bestehenden Designs.

Climate change is influencing traditionally stable factors such as meteorological characteristics and soil conditions, impacting the planning process of electrical energy grids, especially energy cables. Supported by real-life data from the metropolitan region of Hamburg, this study examines the sensitivity of electric energy cables to seasonal and climate related changes, aiming to address inevitable future climate impacts. Using the thermal impedance model by the International Electrotechnical Commission, combined with 32 years of local soil and weather data, permissible current levels were calculated for a specific cable configuration. Comparisons with static boundaries reveal that shifts in environmental conditions can undermine the planning process, affecting maximum current limits and casting doubt on the current method’s validity. Analysis shows that seasonal transitions significantly alter soil parameters within each annual cycle, causing up to a 10 % variation in energy transfer potential, depending on soil, cable, and regional specifics. Static standards also overestimate ampacity by up to 12 % for the studied region and timeframe. Climate change leads to shifting soil and weather conditions, causing unused energy transfer capacities, overestimations, and potential structural damage. As climate effects intensify, both seasonal and historical shifts are expected to have greater impacts, highlighting the limitations of the current static planning model without additional monitoring systems. As limited transmission capacities increasingly demand costly congestion management and equipment redundancies diminish, the need to optimize current resources and plan for a changing future becomes even more critical.

Grid and system impedances are crucial inputs for the integration of renewables, evaluations of system stability and novel monitoring methods. They can be determined through various setups and excitation methods. However, the increasing use of grid-connected converters creates subperiodic effects, challenging the requirement of time-invariance in most an-alytical methodologies. This paper presents a novel indicator, the Subperiodic Impedance Variance (SIV), to quantify the impact of the time-variance of a given system. Laboratory measurements and simulations with different impedance meas-urement methods of systems with varying degrees of time-variance have been conducted to estimate provisional threshold values for the application of broadband excitation impedance measurements. Extensive field measurements were analyzed to determine real-world SIV values across various grid nodes.

Die Übertragungskapazitäten von Freileitungen und Energiekabeln werden durch thermische Modelle bestimmt, die konservative und statische Grenzwerte mit substantiellen Sicherheitsfaktoren festlegen. Ungenutzte Potenziale verstärken die Kapazitätsengpässe der Netzinfrastruktur. Um die Überlastung von Betriebsmitteln zu verhindern, werden die teuren und nicht-ökologischen Maßnahmen des Netzengpassmanagements eingesetzt (Redispatch, Einspeisemanagement und Netzreservekraftwerke). Dieser Beitrag untersucht, inwiefern sich Erhöhungen der Übertragungskapazitäten auf den Einsatz des Netzengpassmanagements auswirken. In der 50Hertz-Zone wurde festgestellt, dass eine statische Erhöhung der Übertragungskapazität um durchschnittlich 7,86 % bzw. 3,83 % für 220 kV- bzw. 380 kV-Systeme ausreicht, um mindestens 50 % der Einspeisungsreduktion zu verhindern. Um 90 % der Reduktion zu verhindern, sind durchschnittlich 23,70 % bzw. 11,90 % für 220 kV- bzw. 380 kV-Systeme notwendig. Bereits geringe Erhöhungen der Energieübertragungskapazität führen folglich zu signifikanten Reduktionen des Netzengpassmanagements.

Eine Notstromversorgung erfolgt heutzutage fast ausschließlich durch den Einsatz von Kolbenmaschinen und fossilen Energieträgern. Im Zuge des Klimawandels und zur Erfüllung der politisch-gesellschaftlichen Klimaschutzziele werden jedoch nachhaltige Technologien und deren umweltverträglicher Systemeinsatz immer wichtiger. Die Notstromversorgung ist ein inhärent redundantes Konzept, das den Ausfall eines vorgelagerten Systems kompensieren soll. Sie muss zuverlässig und auf Abruf Energie bereitstellen. Dadurch besteht ein Interessenkonflikt zwischen der geforderten Nachhaltigkeit, durch den Einsatz erneuerbarer Energien mit fluktuierender Erzeugung, und der notwendigen Versorgungssicherheit. Diese Studie untersucht deshalb den möglichen Einsatz erneuerbarer Energiesysteme im Verbund mit einer Speichereinheit für den Zweck der Notstromversorgung. Dabei werden die unterschiedlichen Technologien in zwei Anwendungsfällen anhand von diversen Kriterien bewertet und verglichen. Außerdem werden technologieübergreifende Ansätze für die ganzheitliche Integration dieser Systeme zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und zum Ausgleich von Funktionseinschränkungen vorgestellt. Das Ziel besteht darin, einen grundlegenden Überblick über die Plausibilität, Limitationen und Potentiale von alternativen Notstromtechnologien zu geben.

The data set comprises the grid congestion management measures in the 50Hertz control area between 2012 and 2022. The data originates from the transparency law-compliant reports and was acquired using a data crawler and reformatted using a parser. They describe all interventions by the transmission system operator in which "redispatch" or "feed-in management" was used due to an imminent overload.

Die Untersuchung physisch großer oder ausgedehnter Systeme in Laborumgebungen erfordert häufig eine Reduktion ihrer Komplexität und Dimension, um den räumlichen Kapazitäten gerecht zu werden. Die Reduktionen und Anpassungen müssen system- und untersuchungsspezifisch gewählt werden, um das relevante Verhalten nicht unproportional zu verändern. Es wird dargestellt, welchen Einfluss die Anordnung langer Energieübertragungskabel auf deren elektrische Eigenschaften hat und inwiefern an Labormaßstäbe angepasste Untersuchungen in Laborumgebungen valide Rückschlüsse auf Realsysteme zulassen. Dazu wurden zwei 500 m lange Koaxialkabel unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Aufbauarten vermessen. Dabei wurde festgestellt, dass die aufbauabhängigen Systemeigenschaften vorrangig durch die Veränderung der Gegeninduktivität und Systemgeometrie beeinflusst wurden. Die Frequenz der Resonanzstelle und deren Höhe haben sich durch diese Einflüsse verändert. Die qualitative Beschreibung der gemessenen Effekte liefert wichtige Hinweise für die valide Abbildung von Realsystemen in Laborumgebungen.

New concepts for the future grid and the energy supply also demand changes in future emergency power supply solutions. It is often not possible to simply replace conventional diesel generators with renewable energy sources. In order to make alternative emergency power supplies viable in the real world, new procedures and structures are needed. A basic distinction is made between stationary and mobile emergency power supplies. Stationary emergency power systems may be found in hospitals, large server farms and other critical infrastructure. The mobile emergency power systems, such as those used by the Technical Relief Agency (THW) or the fire brigade, can be used much more flexibly. One conceptual idea is to use existing electric bus fleet infrastructures as a mobile emergency power supply. This green alternative could replace the conventional diesel generators used today. This paper investigates the use of electric bus fleets as mobile energy storages for emergency power supply usecases. The goal is to examine the general need for buses to be used in a case of emergency power supply, the possible area of coverage depending on the distributed bus depots in Hamburg and the effects on the power requirements of the depots.