Meyer, Marc Florian

The aviation industry pursues the integration of fuel cells (FCs) to reduce pollutant emissions. Their connection to the on-board power supply leads to new requirements for electrical grid protection. The limited short-circuit current of a weight-optimized FC system cannot trip a standard fuse. Hence, in this paper, a new protection device is developed as an under/overvoltage primary protection. The proposed device consists of three basic elements: relay; differential amplifier; and current source. This paper includes a detailed description of the protections design process, which includes a requirement analysis, a detailed robustness consideration, and an experimental validation of a developed prototype. © 1982-2012 IEEE.

In der vorliegenden Metastudie werden die Auswirkungen einer verstärkten Durchdringung von Elektrofahrzeugen auf das Hamburger Stromnetz (die Auslastung der Umspannwerke) untersucht. Hierbei liegt ein besonderer Fokus auf der Umstellung der Bus-Flotten der Unternehmen Hamburger Hochbahn AG (HOCHBAHN) und Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein GmbH (VHH). Ziel des ersten Teils der Metastudie ist die Ermittlung künftiger Anforderungen an die Netzentwicklung durch die Umstellung der Busse (ÖPNV), sowie der Gewerbe- und Privatfahrzeuge auf Elektrofahrzeuge für das vorstehend definierte Gebiet. Zunächst wurde ein politisch abgestimmter Elektrofahrzeug-Hochlauf für die Jahre 2020, 2025 und 2030 definiert und ein Korridor um ±30 % abweichend vom definierten Hochlauf aufgespannt. Anschließend wurden zur Verteilung der Fahrzeuge auf die Hamburger Umspannwerke sektorspezifische Verteilungsschlüssel entwickelt und sektorspezifische Tageslastgänge festgelegt. Die durch Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen entstehenden Spitzenlasten wurden sowohl für ganz Hamburg, als auch für die einzelnen Umspannwerke auf der Mittelspannungsebene ermittelt. Ein Vergleich der Spitzenlasten mit den aktuellen Umspannwerksreserven veranschaulicht, welche Umspannwerke durch eine höhere Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen besonders belastet werden. Die Betrachtung zeigt, dass abhängig vom Szenario im Jahr 2030 in drei bis fünf Umspannwerken die aktuellen Reserven zu Spitzenlastzeiten überschritten werden. Dabei wird jedoch von ungesteuertem Laden ausgegangen, sodass hier noch eine potentielle Entschärfung durch ein Lademanagement zu erschließen ist. Der zweite Teil beinhaltet eine Analyse der Auswirkungen auf die Energieversorgungsnetze und die Sicherstellung des Busbetriebs bei einer Umstellung der Bus-Flotten auf Elektrobusse in Hamburg. Hierbei wurden verschiedene Faktoren zur Ermittlung der maximalen Anschlusskapazitäten der einzelnen Busbetriebshöfe modelliert. Es wurden die Tageslastgänge der einzelnen Busbetriebshöfe erstellt und die Anschlusskapazitäten ermittelt. Der jährliche Gesamtenergiebedarf aller Busbetriebshöfe der HOCHBAHN beläuft sich auf ca. 132 GWh. Bei der VHH beläuft sich der Gesamtenergiebedarf auf ca. 49 GWh. Für die Busbetriebshöfe wurde die benötigte Spannungsebene ermittelt. Von den neun Busbetriebshöfen im Gebiet der Stromnetz Hamburg GmbH benötigt nur der Busbetriebshof Gleisdreieck einen Hochspannungsanschluss, während die anderen acht an die Mittelspannungsebene angeschlossen werden können. Weiterhin wurde mit den modellierten Zuweisungsalgorithmen betrachtet, wie groß die Batteriekapazitäten theoretisch sein müssten, um die zugewiesenen Umläufe sicher bedienen zu können. Außerdem wurde untersucht, wie sich das Laden der Elektrobusse auf die verfügbare Standzeit auf den Busbetriebshöfen auswirkt. Zuletzt wurde die Entwicklung der benötigten Anschlusskapazitäten betrachtet, wenn sukzessive Elektrobusse durch Wasserstoffbusse ersetzt werden. Hier zeigt sich, dass wenn der Wasserstoff auf dem Busbetriebshof erzeugt wird, sich die notwendige Anschlussleistung erhöht. Bei einer Anlieferung des Wasserstoffs kann die Anschlussleistung hingegen stark reduziert werden. Abschließend wurden für die Projektpartner Stromnetz Hamburg GmbH, Hamburger Hochbahn AG und Verkehrsbetriebe Hamburg-Holstein Handlungsempfehlungen basierend auf den in der Metastudie ermittelten Ergebnissen formuliert.