Kopernikus ENSURE – Neue EnergieNetzStrukturen für die Energiewende
Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbundprojekt Kopernikus ENSURE verfolgt mit einem ganzheitlichen Ansatz das Ziel, neue Energienetzstrukturen für die Energiewende zu erforschen und bereitzustellen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Universitäten, der Industrie, Netzbetreiber und gesellschaftliche Akteure arbeiten dabei gemeinsam an einer umfassenden Optimierung des Energiesystems unter Berücksichtigung aller relevanten Energieträger. Ein zentrales Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Gesamtsystems, das sowohl zentrale als auch dezentrale Energieversorgungselemente sinnvoll integriert. Zudem werden die entwickelten systemischen Konzepte in einem großtechnischen Demonstrationsprojekt praktisch umgesetzt und neue Technologien erprobt.
Die Schwerpunkte des Lehrstuhls für Elektrische Energiesysteme (LEES) liegen in den Bereichen MVDC- und HVDC-Systeme, der Regelungs- und harmonischen Interaktion von Umrichtern, netzbildender Regelungen, adaptivem Schutz sowie in den Anforderungen an Schutzalgorithmen in Netzen mit hohem Anteil leistungselektronischer Erzeugung. Darüber hinaus entsteht unter Leitung des LEES eine kooperative Plattform zur Validierung von Lösungen für die Energiewende. Diese sogenannte Co-Demonstrationsplattform verknüpft geographisch verteilte Echtzeitsimulationen und Netzmodelle zu einem einzigartigen Laborcluster. Hierzu haben Expertinnen und Experten des KIT, der RWTH, von OPAL-RT sowie des LEES ihre Kompetenzen gebündelt, um Europas leistungsfähigsten Simulationsverbund für Untersuchungen zur Netzintegration und Netzkonformität mittels Hardware-in-the-Loop zu schaffen und nachhaltig zu etablieren.
Projekthighlights (2016-2026)
Protection Toolchain und Adaptivschutz mit Stationsautomatisierung
Die Protection Toolchain ermöglicht als Assistenzsystem in der Netzplanung die frühzeitige Erkennung und Behebung von Schwachstellen in der Schutztechnik von Energieversorgungsnetzen. Zusammen mit der Anpassbarkeit der Schutzparameter durch den Adaptivschutz schafft sie eine hochflexible Schutzarchitektur, die eine schnelle Anpassung an wechselnde Netzbedingungen ermöglicht. Diese Entwicklung könnte die Schutztechnik in dynamischen, dezentralisierten Netzen grundlegend verändern.
Entwicklung und Validierung des Phase Restoring Principle
Dieses neue netzbildende Regelungskonzept dient zur Erhöhung der Frequenzstabilität. Das Regelungskonzept arbeitet ohne Phasenregelkreis (PLL) und zeichnet sich durch PT1 Verhalten aus. Die Priorisierung der Reaktion auf Störungen gegenüber Sollwertänderungen ist im Einklang mit internationalen Netzanschlussrichtlinien (z.B. NERC). Die Regelung kann somit einen Beitrag zur Systemstabilität in Netzen mit hohem Anteil leistungselektronischer Komponenten leisten und hat das Potenzial, Netzstrukturen im Sinne der Energiewende signifikant zu verbessern.
MVDC-Kollektornetz im netzbildenden Betrieb
Die Bündelung von erneuerbaren Energiesystemen und Batteriespeichern in Mittelspannungsgleichstromnetzen ermöglicht die konzentrierte Einspeisung über zentrale Umrichterstationen. Dadurch kann die Volatilität erneuerbarer Energien abgemildert werden und es ist möglich mittels netzbildender Regelungen einen Kraftwerksbetrieb mit inhärenter Momentanreserve- und Regelleistungsbereitstellung mit erneuerbaren Energien zu realisieren.
Co-Demonstrationsplattform
Die Co-Demonstrationsplattform ist eine kooperative Testumgebung für die Entwicklung und Erprobung von Technologien der Energiewende. Der Fokus der Plattform liegt auf Hardware-in-the-Loop Simulationen. Durch gemeinsame Netzmodelle und spezialisierte Tools zur Co-Simulation, zur Aufbereitung von Netznutzungsfällen oder zur Datenkonvertierung stellt die Plattform eine hochinnovative und praxisorientierte Entwicklung dar. Sie bietet eine realitätsnahe Umgebung für die Prüfung neuer Technologien, insbesondere im Hinblick auf Systemstabilität und Netzschutz.
