Availability: Smart Grids | Technische Universität München

Smart Grids: Grundlagen und Technologien der elektrischen Netze der Zukunft

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Bibliographic Details
Main Authors:	Buchholz, Bernd Michael 1948- (Author), Styczynski, Zbigniew A. 1949- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin VDE Verlag GmbH [2019]
Edition:	2., neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Subjects:	Energieübertragung Energieversorgung Elektrizitätsversorgung Energiemanagement Verteilungsnetz Intelligentes Stromnetz Energietechnik Elektrizitätsversorgungsnetz Stromverteilung Betriebsingenieure, Ingenieure bei Genehmigungsbehörden oder Prüfbehörden, Planungsingenieure, Studierende, Versorgungsnetzbetreiber und alle an Grundlagen und Technologien der Energiewende Interessierten Energiewende Smart Grid Smart Market Smart Metering Stromerzeugung Verteilnetz Übertragungsnetz
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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS GELEITWORT. V VORWORT. VII 1 VISION UND STRATEGIE FUER DIE ELEKTRISCHEN NETZE DER Z UKUNFT . 1 1.1 DIE TREIBER DER UMGESTALTUNG DER ELEKTRISCHEN NETZE . 1 1.2 GRUNDLAGEN UND KERNELEMENTE DES EUROPAEISCHEN SMART-GRID-KONZEPTS . 5 1.3 AMBITIONIERTE ENERGIEWENDEZIELE UND DIE KONSEQUENZEN FUER DIE ELEKTRISCHEN NETZE. 11 1.4 LITERATUR. 16 2 SMARTE ERZEUGUNG VON ELEKTRISCHER ENERGIE - RESSOURCEN UND POTENZIALE. 17 2.1 NEUE TRENDS UND ANFORDERUNGEN AN DIE ELEKTRISCHE ENERGIEERZEUGUNG . 17 2.2 WETTERABHAENGIG SCHWANKENDE ELEKTROENERGIEERZEUGUNG AUS WIND UND SONNE. 20 2.2.1 WINDENERGIEANLAGEN. 20 2.2.2 NUTZUNG DER SONNENENERGIE FUER DIE ELEKTROENERGIEERZEUGUNG.26 2.3 KRAFT-WAERMEKOPPLUNG (KWK) AUF BASIS ERNEUERBARER ENERGIEN . 32 2.3.1 KRAFTWERKE AUF BASIS BIOGENER BRENNSTOFFE. 33 2.3.2 GEOTHERMISCHE HEIZKRAFTWERKE. 35 2.3.3 BRENNSTOFFZELLEN . 37 2.4 SPEICHERMOEGLICHKEITEN FUER ELEKTROENERGIE.40 2.4.1 TECHNOLOGIEN UND EINSATZBEREICHE. 40 2.4.2 HOCHLEISTUNGS-LANGZEITSPEICHER .41 2.4.2.1 PUMPSPEICHERWERKE.41 2.4.2.2 DRUCKLUFTSPEICHERKRAFTWERKE . 43 2.4.3 STATIONAERE AKKUMULATOR-BATTERIEN.45 2.4.4 ELEKTROENERGIE ZU GAS MITTELS ELEKTROLYSE . 48 2.4.5 THERMISCHE SPEICHERUNG VON ENERGIE UND OPTIMIERTER KWK-BETRIEB . 50 2.5 ERWEITERTE FLEXIBILITAET DER DEFINIERT STEUERBAREN ELEKTROENERGIEERZEUGUNG . 52 2.6 LITERATUR.55 3 MODERNE TECHNIK UND DIE SMART-GRID-ANFORDERUNGEN IM UEBERTRAGUNGSNETZ. 59 3.1 UMSPANNWERKE - DIE KNOTEN DES ELEKTRISCHEN NETZES.59 3.1.1 SCHALTUNGEN UND BETRIEBSMITTEL IN DER HOCH-, HOECHST- UND ULTRAHOCHSPANNUNGSEBENE. 60 3.1.2 INNOVATIVE FREILUFT-SCHALTANLAGENTECHNIK . 65 3.1.3 GASISOLIERTE SCHALTANLAGEN (GIS). 68 3.2 DIGITALE TECHNOLOGIEN ZUR STEUERUNG UND UEBERWACHUNG . 70 3.2.1 HIERARCHIE DER INFORMATIONSERFASSUNG UND -VERARBEITUNG FUER DIE NETZFUEHRUNG. 70 3.2.2 SCHUTZ- UND STATIONSLEITTECHNIK. 73 3.2.2.1 HISTORISCHE ENTWICKLUNG.73 3.2.2.2 IED-TECHNOLOGIE.76 3.2.2.3 SCHUTZSYSTEME IN DER UEBERTRAGUNGSEBENE.82 3.2.3 NETZLEITTECHNIK. 91 3.3 HOCHLEISTUNGSUEBERTRAGUNGSTECHNIK.96 3.3.1 UEBERSICHT. 96 3.3.2 DREHSTROMUEBERTRAGUNG. 98 3.3.3 GLEICHSTROMUEBERTRAGUNG. 102 3.3.4 FLEXIBLE AC-UEBERTRAGUNG MITTELS WIRK- UND BLINDLEISTUNGSSTEUERUNG . 107 3.4 AKTUELLE HERAUSFORDERUNGEN FUER DIE UEBERTRAGUNGSNETZE. 111 3.4.1 EINFLUSS DER VOLATILEN EINSPEISUNG VON WIND- UND PHOTOVOLTAIKANLAGEN . 111 3.4.2 AUSEINANDERDRIFTEN VON ERZEUGUNG UND VERBRAUCH . 114 3.4.3 EINSPEISUNG UEBER LEISTUNGSELEKTRONIK UND EINFLUSS AUF DIE KURZSCHLUSSLEISTUNG. 116 3.5 LITERATUR. 120 4 AUFBAU UND BETRIEB VON VERTEILUNGSNETZEN UND DER EINFLUSS NEUER N ETZNUTZER. 121 4.1 KLASSIFIZIERUNG DER VERTEILUNGSNETZE.121 4.2 ANLAGEN DER MITTELSPANNUNGSEBENE: PRIMAER- UND SEKUNDAERVERTEILUNG . 122 4.3 NETZSTRUKTUREN IN DER MITTEL- UND NIEDERSPANNUNGSEBENE . 128 4.4 STERNPUNKTERDUNGSKONZEPTE.132 4.5 SCHUTZKONZEPTE IN VERTEILUNGSNETZEN.142 4.5.1 MITTELSPANNUNGSNETZE. 142 4.5.2 EINSPEISENDE UMSPANNWERKE.149 4.5.3 NIEDERSPANNUNGSNETZE. 150 4.6 BETRIEBSFUEHRUNG IN VERTEILUNGSNETZEN.151 4.6.1 SICHERUNG DER VERSORGUNGSQUALITAET . 151 4.6.2 BETRIEBSFUEHRUNG IN VERTEILUNGSNETZEN.156 4.7 AKTUELLE TRENDS IN DER VERTEILUNGSEBENE.161 4.7.1 VERTEILTE ERZEUGUNG UND NEUE VERBRAUCHERTYPEN.161 4.7.2 EINFLUSS AUF DIE VERSORGUNGSQUALITAET . 162 4.8 LITERATUR. 164 5 SMARTE BETRIEBSFUEHRUNG UND BEOBACHTBARKEIT IN UEBERTRAGUNGSNETZEN. 165 5.1 URSACHEN UND VERMEIDBARKEIT INTERNATIONALER GROSSSTOERUNGEN IN ELEKTRISCHEN N ETZEN.166 5.1.1 UEBERSICHT UEBER GROSSE SYSTEMSTOERUNGEN UND DAS PHAENOMEN SPANNUNGSKOLLAPS . 166 5.1.2 BLACKOUT NORD-OST USA/KANADA 2003 . 169 5.1.3 GROSSSTOERUNG IN LONDON 2003 . 171 5.1.4 BLACKOUT IN SCHWEDEN/DAENEMARK 2003 . 172 5.1.5 BLACKOUT IN ITALIEN 2003 . 173 5.1.6 NETZZUSAMMENBRUCH IN ATHEN 2004. 175 5.1.7 GROSSSTOERUNG IM SUEDEN MOSKAUS 2005. 176 5.1.8 GROSSSTOERUNG IN DEUTSCHLAND UND KONTINENTALEUROPA 2006 . 177 5.2 REGELZONEN UND SYSTEMDIENSTE. 180 5.2.1 SYSTEM- UND BETRIEBSFUEHRUNG . 180 5.2.2 FREQUENZHALTUNG. 183 5.2.3 SPANNUNGSHALTUNG.185 5.2.4 VERSORGUNGSWIEDERAUFBAU.186 5.2.5 ERZEUGUNGSFAHRPLAENE UND DAS MERIT-ORDER-PRINZIP.187 5.2.6 SYSTEMDIENSTLEISTUNGEN DURCH VERTEILTE UND ERNEUERBARE ERZEUGER . 188 5.3 SYSTEMUEBERWACHUNG UND INTELLIGENTES ENGPASSMANAGEMENT.193 5.3.1 ERFORDERNIS FUER ERWEITERTE SYSTEMUEBERWACHUNG . 193 5.3.2 BEDEUTUNG VON VORHERSAGEMETHODEN FUER DIE SICHERE BETRIEBSFUEHRUNG . 196 5.3.2.1 GRUNDPRINZIPIEN DER EINSPEISUNGSVORHERSAGE VON ERNEUERBARER ENERGIE ---- 196 5.3.2.2 ENGPASSVORHERSAGE FUER DEN FOLGETAG IM INTERNATIONALEN VERBUND . 199 5.3.2.3 NETZEBENENUEBERGREIFENDE ENGPASSPROGNOSEN . 200 5.3.2.4 DER ZELLULARE ANSATZ FUER VORHERSAGEN, BILANZIERUNG UND FAHRPLANMANAGEMENT. 202 5.3.3 MODERNE SCHUTZPHILOSOPHIE. 204 5.3.3.1 SCHUTZSICHERHEITSUEBERWACHUNG . 204 5.3.3.2 ADAPTIVER SCHUTZ.207 5.3.3.3 SYSTEMSCHUTZ. 209 5.3.4 WEITBEREICHSUEBERWACHUNG MIT PHASORMESSEINRICHTUNGEN . 211 5.3.5 STATIONAERE UND DYNAMISCHE NETZSICHERHEITSBEWERTUNG . 216 5.3.6 FLEXIBLE LEITUNGSBELASTUNG AUFGRUND DER WETTERBEOBACHTUNG.222 5.3.7 RESUEMEE. 222 5.4 LITERATUR.223 6 DIE DREI SAEULEN VON SMARTER VERTEILUNG - SMART DISTRIBUTION . 225 6.1 DIE WECHSELBEZIEHUNG VON SMART GRID UND SMART MARKET IN DER VERTEILUNG.225 6.2 SAEULE 1: AUTOMATISIERUNG UND FERNSTEUERUNG IM LOKALEN VERTEILUNGSNETZ.229 6.2.1 SPANUNGSREGELUNG IM VERTEILUNGSNETZ. 229 6.2.1.1 TRADITIONELLE SPANNUNGSREGELUNG UND DIE ADAPTION FUER SMART GRIDS . 229 6.2.1.2 SMARTE EINBINDUNG DER NETZNUTZER IN DIE SPANNUNGSREGELUNG . 233 6.2.2 MOEGLICHKEITEN DER LEISTUNGSFLUSSSTEUERUNG. 234 6.2.3 BESCHLEUNIGTE FEHLERORTUNG UND WIEDERVERSORGUNG NACH STOERUNGEN . 236 6.2.4 ERWEITERTE SCHUTZKONZEPTE. 238 6.2.4.1 DIE GEAENDERTEN ANFORDERUNGEN AN DIE SCHUTZKONZEPTE [6-4] . 238 6.2.4.2 SCHUTZSYSTEME MIT VERTEILTER ERZEUGUNG.242 6.2.4.3 PHASORMESSUNG IM VERTEILUNGSNETZ.245 6.2.5 DIE WIRTSCHAFTLICHKEIT VON SMART-GRID-ERTUECHTIGUNG IN VERTEILUNGSNETZEN. 247 6.3 SAEULE 2: FLEXIBILITAET DURCH VIRTUELLE KRAFTWERKE . 250 6.3.1 GRUNDLAGEN VIRTUELLER KRAFTWERKE . 250 6.3.2 SPEICHER UND STEUERBARE LASTEN - DEMAND SIDE M ANAGEMENT . 252 6.3.3 NUTZEN VIRTUELLER KRAFTWERKE IN EINER PERSPEKTIVISCHEN MARKTORDNUNG . 255 6.4 SAEULE 3: SMART METERING UND MARKTEINBINDUNG DER KONSUMENTEN.262 6.4.1 GRUNDLAGEN DER DIGITALEN ZAEHLERTECHNIK. 262 6.4.2 DYNAMISCHE TARIFE. 264 6.4.3 BEEINFLUSSUNG DES KONSUMENTENVERHALTENS - DEMAND SIDE RESPONSE . 267 6.4.4 ELEKTROMOBILITAET UND ENERGIEMANAGEMENT . 273 6.5 KOMMUNIKATIONSBEDARF FUER SMART DISTRIBUTION . 277 6.6 LITERATUR.278 7 ANFORDERUNGEN AN DIE KUENFTIGE MARKTORDNUNG . 281 7.1 PERSPEKTIVEN ZUR MARKTORDNUNG AUF DEM ELEKTROENERGIESEKTOR - VISION UND FALLSTUDIE. 286 7.2 INNOVATIVE DIENSTLEISTUNGEN FUER NETZBETRIEB UND MARKT . 293 7.2.1 SMART SERVICES IM UEBERBLICK . 293 7.2.2 MESSDIENSTLEISTUNGEN.294 7.2.3 DATENKOMMUNIKATION UND INFORMATIONSMANAGEMENT.296 7.3 LITERATUR.296 8 INFORMATIONS- UND KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE ALS RUECKGRAT DER SMART G RIDS. 299 8.1 DIE BEDEUTUNG VON EINHEITLICHEN IKT-STANDARDS FUER SMART GRIDS.299 8.1.1 AUFGABEN VON IKT-STANDARDS.299 8.1.2 KOMMUNIKATIONSSTANDARDS.300 8.1.3 STANDARDS FUER DAS DATENMANAGEMENT . 304 8.1.4 INFORMATIONSSICHERHEIT UND DATENSCHUTZ.306 8.2 ENTWICKLUNG VON LEITTECHNIK UND KOMMUNIKATION IN ELEKTRISCHEN N ETZEN.307 8.2.1 ARCHITEKTURENTWICKLUNG DER FERNSTEUERUNG VON UMSPANNWERKEN . 307 8.2.2 EINFUEHRUNG DIGITALER KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLE . 311 8.3 DIE DURCHGAENGIGE ANWENDUNG DES KOMMUNIKATIONSSTANDARDS IEC 61850. 319 8.3.1 REFERENZMODELL UND STRUKTUR VON IEC 61850 . 319 8.3.2 OBJEKTORIENTIERTES DATENMODELL.323 8.3.3 DREI KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLE AUF EINEM B U S.329 8.3.4 DIE PROTOKOLLDIENSTE.331 8.3.5 HERSTELLERUNABHAENGIGES ENGINEERING.335 8.3.6 KONFORMITAETS- UND ABNAHMETESTS. 338 8.3.7 STANDARDERWEITERUNGEN FUER SMART-GRID-ANWENDUNGEN . 343 8.4 DATENMANAGEMENT AUF BASIS EINHEITLICHER DATENMODELLE CIM NACH IEC 61968/70. 345 8.5 SICHERHEIT DER KOMMUNIKATION NACH IEC/TS 62351 . 350 8.6 INTERNATIONALE ANSTRENGUNGEN ZUR SCHAFFUNG EINHEITLICHER STANDARDS FUER SMART GRIDS.352 8.6.1 DAS REFERENZMODELL IEC/TR 62357 . 352 8.6.2 DAS EUROPAEISCHE NORMUNGSMANDAT M /490. 353 8.6.3 GLOBALE AKTIVITAETSANALYSE IM RAHMEN DER E-ENERGY-/SMART-GRID- NORMUNGSROADMAP. 358 8.7 LITERATUR.365 9 SMART GRIDS W ELTW EIT . 369 9.1 SMART GRIDS FUER DIE GLOBAL GROESSTEN ELEKTROENERGIESYSTEME . 369 9.1.1 AMBITIONIERTE ENTWICKLUNGSSTRATEGIEN IN CHINA . .369 9.1.2 AUSBAUZIELE FUER DIE VERBUNDNETZE DER USA . 372 9.1.3 AUSBAU DER VERBUNDNETZE RUSSLANDS UND DER UMGEBENDEN LAENDER.378 9.2 UEBERSICHT ZU DEN SMART-GRID-AKTIVITAETEN IN EUROPA.383 9.2.1 PROJEKTE DER 5. BIS 8. RAHMENPROGRAMME DER EUROPAEISCHEN UNION . 384 9.2.2 EUROPAEISCHE INVENTUR NATIONALER SMART-GRID-PROJEKTE.387 9.3 AUSGEWAEHLTE SMART-GRID-PROJEKTE IN DER VERTEILUNGSEBENE . 392 9.3.1 WEB2ENERGY - DIE DREI SAEULEN VON SMART DISTRIBUTION IM PRAXISTEST.392 9.3.2 REGMOD HARZ - VERSORGUNG EINER REGION DURCH EIN VIRTUELLES KRAFTWERK. 396 9.3.3 DSR-PROJEKTE IN DEN USA.400 9.3.4 DAS SUEDKOREANISCHE SMART-GRID-VERSUCHSFELD AUF DER INSEL JE JU .403 9.4 LITERATUR.406 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS. 409 STICHWORTVERZEICHNIS 414
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