Schmallenberger Sauerland

Spannung regeln – mehr erneuerbaren Strom ins Netz einspeisen

Während der Strom noch vor Jahren ausschließlich in eine Richtung geflossen ist – vom Kraftwerk zum Endverbraucher – haben sich, insbesondere auf dem Land, die Verhältnisse geändert. Heute speisen viele kleine Anlagen - wie zum Beispiel Wind-, Photovoltaik- oder Biogasanlagen - in die unteren Spannungsebenen ein und müssen in die bestehenden Verteilnetze aufgenommen werden. In Niedersorpe sind Photovoltaikanlagen mit mehreren 100 kW Leistung installiert.

Durch den Einsatz regelbarer Ortsnetztransformatoren (RONT) ist es möglich, die vorhandenen Niederspannungsnetze (230 / 400 V) für die Aufnahme erneuerbarer Energien höher auszulasten und den Netzausbau zu vermeiden oder hinauszuzögern.

Die Aufnahme der dezentralen erneuerbaren Energien bringt die Verteilnetze vielerorts an ihre Grenzen. Die Systemgrenzen bestehen zum einen in der Übertragungskapazität der Leitungen und zum anderen in der Einhaltung der Vorgaben bezüglich der Spannungsqualität. Diese wird durch die Spannungsschwankungen in Folge der Einspeisung der dezentralen erneuerbaren Energie beeinflusst.

Spannungsproblem durch die Integration dezentraler erneuerbarer Energien in das Niederspannungsnetz

In den Niederspannungsnetzen muss eine stabile Versorgungsspannung innerhalb festgelegter Toleranzbänder gewährleistet werden. Für die Spannung ist ein festes Toleranzband von ± 10 % der Nennspannung durch eine DIN-Norm vorgegeben.

Bei einem Niederspannungsnetz, an dem nur Verbraucher angeschlossen sind - so sah die Versorgungssituation vor der Energiewende aus - sinkt die Spannung vom Ortsnetztransformator entlang der Leitung hin zum Verbraucher. Die Spannung ist am Ortsnetztransformator fest eingestellt, sodass durch den verbrauchsbedingten Spannungsabfall die untere Toleranzgrenze des Spannungsbandes nicht verletzt wird.

Mit der Integration der erneuerbaren Energien ändern sich die Spannungsverläufe entlang der Leitung. Durch Einspeisung von dezentraler erneuerbarer Energie in das Niederspannungsnetz steigt die Spannung entlang der Leitung periodisch an.

Damit auch die obere Spannungsgrenze nicht verletzt wird, können bei fest eingestellter Spannung am Transformator – um die untere Spannungsgrenze einzuhalten - sowie ansteigender Spannung durch die Einspeisung dezentraler erneuerbarer Energien­ Beschränkungen der Einspeisung notwendig werden.

Um mehr als die durch das obere Spannungsband begrenzte Menge an dezentraler erneuerbarer Energie in das Niederspannungsnetz integrieren zu können, mussten bisher teure Baumaßnahmen ergriffen werden, um neue leistungsstärkere Niederspannungsleitungen zu legen. Oftmals war aber die maximale Übertragungskapazität der vorhandenen Niederspannungskabel noch gar nicht erreicht worden.

Netzbetreiber: Das 10 kV-Verteilnetz und die 230 / 400 V Ortsnetze in Schmallenberg  werden von der Westnetz GmbH betrieben, einer 100 %igen Tochtergesellschaft der RWE Deutschland AG.

Mit neuen regelbaren Ortsnetztransformatoren ist die Spannung am Ortsnetztransformator nicht mehr fest eingestellt, sondern kann je nach Situation geregelt werden. Somit kann das vorgegebene Toleranzband zwischen der Mittel- und der Niederspannung entkoppelt werden. Als Folge haben sowohl die Mittel- als auch die Niederspannungsseite das volle Toleranzband von ±10 % zur Verfügung.

Bei hoher Einspeisung von dezentraler erneuerbarer Energie kann nun die Spannung am regelbaren Ortnetztransformator gesenkt werden, wodurch das gesamte Spannungsband entlang der Niederspannungsleitung abgesenkt wird. Dadurch ist es nun möglich, mehr dezentrale erneuerbare Energie in das vorhandene Niederspannungsnetz zu integrieren, ohne die obere Spannungsgrenze zu verletzen. Wenn die Sonne nicht mehr scheint oder der Wind nicht mehr weht, wird die Spannung am Ortnetztransformator wieder nach oben geregelt, um eine Verletzung der unteren Spannungsgrenze zu verhindern.

Durch den Einsatz von regelbaren Ortsnetztransformatoren ist es möglich, die vorhandenen Netze höher auszulasten und den Netzausbau zu vermeiden oder solange hinauszuzögern, bis die eingespeiste erneuerbare Energie die maximale Übertragungskapazität der Niederspannungsleitung, trotz regelbaren Ortsnetztransformators, erneut übersteigt.


Transformator

Transformatoren sind für die Stromversorgung unverzichtbar, da elektrische Energie über weite Entfernungen nur mit hoher Spannung verlustarm transportiert werden kann.

Ein Transformator verändert die Spannung der elektrischen Energie. Er besteht aus einem magnetischen Kern, um den die Leiter aus Kupfer mindestens zweier verschiedener Stromkreise, z.B. 10 kV und 230 V, so gewickelt sind, dass der Strom jedes Stromkreises mehrfach um den Kern herumgeführt wird. Legt man an eine dieser Wicklungen eine Wechselspannung an, so stellt sich an der zweiten Wicklung eine Wechselspannung ein, deren Höhe sich (im Leerlauf) zu der ursprünglichen angelegten Spannung so verhält, wie das Verhältnis der Windungszahlen der entsprechenden Wicklungen auf dem Kern zueinander.

Foto: RWE Deutschland AG