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Die zuverlässige Versorgung einer hoch technisierten Gesellschaft mit elektrischer Energie ist von enormer Bedeutung. Der Bedarf an unterbrechungsfreiem Strom wächst beständig, gleichzeitig sind Forderungen nach Wirtschaftlichkeit, Effizienz, Kostengerechtigkeit und nicht zuletzt Umweltschutz zu erfüllen. Hinzu kommt, dass grundlegend veränderte rechtliche Rahmenbedingungen in Deutschland und Europa Netzbetreiber vor große Herausforderungen stellen: Die Netze müssen langfristig ausgebaut werden, um einen EU-weiten Strombinnenmarkt gewährleisten zu können. Kurz- bis mittelfristig ist durch Koordination mit anderen Netzbetreibern sicherzustellen, dass trotz neuer Transportfunktionen der Netze gravierende Stromausfälle ausbleiben. Die vorliegende Studie präsentiert das Resultat einer interdisziplinären Forschungsarbeit, die Ursachen von Instabilitäten, wesentlich beeinflusst durch den Trend zu einer weitergehenden Integration der europäischen Stromnetze, untersucht und die Verlässlichkeit der Energieversorgungsnetze reflektiert. Die Studie richtet sich mit konkreten Empfehlungen zu Investitions-, Sicherheits-, Effizienz- und Qualitätsaspekten der elektrischen Netze an Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und die interessierte Öffentlichkeit. Ziel ist es, für anstehende politische Entscheidungen sowie administrative und unternehmerische Maßnahmen eine wertvolle Entscheidungsgrundlage zu bieten. So wird durch die fachübergreifende Analyse der netzwirtschaftlichen Pflichten und ihrer Regulierung eine Lücke in der wissenschaftlichen Betrachtung geschlossen und Impulse für die weitere Gestaltung der Elektrizitätsnetzwirtschaft gegeben.

Als die Sowjets 1917 die Macht übernahmen, hatten sie wohl eine Menge revolutionärer Vorstellungen und Ideale; es mangelte aber an konkreten Konzepten für Technik, Volkswirtschaft und Nutzung der Naturressourcen. Zwischen betrieblicher Selbstverwaltung (Arbeiterkontrolle) und straff organisierter Planwirtschaft (Kriegskommunismus) schlingerteder Kurs. Von Lenin (Bd. III, 587 ff.) stammt die Formel »Kommunismus= Sowjetmacht+ Elektrifizierung«. Diese eindimensionale Kommunismus-Vision lautete weiter: »Wenn Rußland sich mit einem dichten Netz von elektrischen Anlagen bedeckt haben wird, dann wird unser kommunistischer Wirtschaftsaufbau zum Vorbild für das kommende sozialistische Europa und Asien werden«.

Energiespeicher dienen zum Ausgleich zwischen dem schwankenden Energieangebot und der sich verändernden Energienachfrage. In Bezug auf die Stromversorgung muss zu jedem Zeitpunkt in den elektrischen Netzen Angebot und Nachfrage ausgeglichen sein. Dies kann durch die Steuerung der Stromerzeugung, der Stromnachfrage oder der Zwischenspeicherung erfolgen. Stromspeicher können sowohl Angebotsspitzen (Einspeicherung) als auch Nachfragenspitzen (Ausspeicherung) ausgleichen. Energiespeicher stellen in Zukunft für die Stromversorgung aus fluktuierenden und ggf. dezentralen Energiequellen eine unverzichtbare Komponente dar, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten. Dabei gibt es eine Vielzahl möglicher Speichertechnologien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungsfeldern.

Zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende als Maßnahme gegen den fortschreitenden Klimawandel werden klimafreundliche Technologien benötigt. Mit dem kürzlich beschlossenen Kohleausstieg definiert die Politik ein festes Datum, bis wann ein großer technischer Sprung im Bereich der nachhaltigen und sicheren Energieversorgung und -speicherung gelungen sein muss. Hierfür sind innovative Ansätze zum technischen Klimaschutz erforderlich. Der technische Klimaschutz umfasst alle technischen Maßnahmen, die der anthropogenen globalen Erwärmung entgegenwirken. Neue Technologien hierfür werden meist im Bereich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften erprobt und anschließend in den Ingenieurwissenschaften hin zu praxistauglichen Lösungen entwickelt. Die ingenieurwissenschaftliche Umsetzung erfolgt oft in Verbundprojekten in enger Kooperation von Industrieunternehmen, Universitäten und Hochschulen. Mitte des letzten Jahres entstand die Idee, die Ergebnisse aus abgeschlossenen Forschungsprojekten, aber auch erste Resultate aus beginnenden Projekten, gemeinsam mit unseren Industriepartnern einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Ursächlich dafür ist der Wunsch nach einer besseren Sichtbarkeit der vielen Fortschritte in der Metropolregion Hamburg im Bereich des technischen Klimaschutzes. Um die Erfahrungen und Forschungsfortschritte auf dem Weg dorthin festzuhalten und einer breiten Öffentlichkeit zu präsentieren, stellen wir zukünftig in einem jährlich erscheinenden Forschungsbericht jeweils eine Anzahl von Projekten zu ausgewählten Themenbereichen vor. Im vorliegenden ersten Band unserer Publikationsreihe zum Themenfeld "Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz" werden aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte aus den Bereichen der elektrischen Netze, der Ladeinfrastruktur und Elektromobilität sowie der Gasnetze und Wasserstoffwirtschaft vorgestellt. Die Beiträge wurden den folgenden fünf Kapiteln zugeordnet: 1. Zukünftige Netzstrategien und Klimaschutz-Forschungsinfrastrukturen 2. Ladeinfrastrukturen, Lastmanagement und Digitalisierung in elektrischen Netzen 3. Simulation, Messung und Bewertung elektrischer Netze 4. Klimaschutz, Sektorkopplung und Wärmeversorgung 5. Neuartige Brennstoffzellen- und ElektrolyseanlagenZur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende als Maßnahme gegen den fortschreitenden Klimawandel werden klimafreundliche Technologien benötigt. Mit dem kürzlich beschlossenen Kohleausstieg definiert die Politik ein festes Datum, bis wann ein großer technischer Sprung im Bereich der nachhaltigen und sicheren Energieversorgung und -speicherung gelungen sein muss. Hierfür sind innovative Ansätze zum technischen Klimaschutz erforderlich. Der technische Klimaschutz umfasst alle technischen Maßnahmen, die der anthropogenen globalen Erwärmung entgegenwirken. Neue Technologien hierfür werden meist im Bereich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften erprobt und anschließend in den Ingenieurwissenschaften hin zu praxistauglichen Lösungen entwickelt. Die ingenieurwissenschaftliche Umsetzung erfolgt oft in Verbundprojekten in enger Kooperation von Industrieunternehmen, Universitäten und Hochschulen. Mitte des letzten Jahres entstand die Idee, die Ergebnisse aus abgeschlossenen Forschungsprojekten, aber auch erste Resultate aus beginnenden Projekten, gemeinsam mit unseren Industriepartnern einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Ursächlich dafür ist der Wunsch nach einer besseren Sichtbarkeit der vielen Fortschritte in der Metropolregion Hamburg im Bereich des technischen Klimaschutzes. Um die Erfahrungen und Forschungsfortschritte auf dem Weg dorthin festzuhalten und einer breiten Öffentlichkeit zu präsentieren, stellen wir zukünftig in einem jährlich erscheinenden Forschungsbericht jeweils eine Anzahl von Projekten zu ausgewählten Themenbereichen vor. Im vorliegenden ersten Band unserer Publikationsreihe zum Themenfeld "Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz" werden aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte aus den Bereichen der elektrischen Netze, der Ladeinfrastruktur und Elektromobilität sowie der Gasnetze und Wasserstoffwirtschaft vorgestellt. Die Beiträge wurden den folgenden fünf Kapiteln zugeordnet: 1. Zukünftige Netzstrategien und Klimaschutz-Forschungsinfrastrukturen 2. Ladeinfrastrukturen, Lastmanagement und Digitalisierung in elektrischen Netzen 3. Simulation, Messung und Bewertung elektrischer Netze 4. Klimaschutz, Sektorkopplung und Wärmeversorgung 5. Neuartige Brennstoffzellen- und Elektrolyseanlagen ; -

Zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende als Maßnahme gegen den fortschreitenden Klimawandel werden klimafreundliche Technologien benötigt. Mit dem kürzlich beschlossenen Kohleausstieg definiert die Politik ein festes Datum, bis wann ein großer technischer Sprung im Bereich der nachhaltigen und sicheren Energieversorgung und -speicherung gelungen sein muss. Hierfür sind innovative Ansätze zum technischen Klimaschutz erforderlich. Der technische Klimaschutz umfasst alle technischen Maßnahmen, die der anthropogenen globalen Erwärmung entgegenwirken. Neue Technologien hierfür werden meist im Bereich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften erprobt und anschließend in den Ingenieurwissenschaften hin zu praxistauglichen Lösungen entwickelt. Die ingenieurwissenschaftliche Umsetzung erfolgt oft in Verbundprojekten in enger Kooperation von Industrieunternehmen, Universitäten und Hochschulen. Mitte des letzten Jahres entstand die Idee, die Ergebnisse aus abgeschlossenen Forschungsprojekten, aber auch erste Resultate aus beginnenden Projekten, gemeinsam mit unseren Industriepartnern einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Ursächlich dafür ist der Wunsch nach einer besseren Sichtbarkeit der vielen Fortschritte in der Metropolregion Hamburg im Bereich des technischen Klimaschutzes. Um die Erfahrungen und Forschungsfortschritte auf dem Weg dorthin festzuhalten und einer breiten Öffentlichkeit zu präsentieren, stellen wir zukünftig in einem jährlich erscheinenden Forschungsbericht jeweils eine Anzahl von Projekten zu ausgewählten Themenbereichen vor. Im vorliegenden ersten Band unserer Publikationsreihe zum Themenfeld "Hamburger Beiträge zum technischen Klimaschutz" werden aktuelle Forschungs- und Entwicklungsprojekte aus den Bereichen der elektrischen Netze, der Ladeinfrastruktur und Elektromobilität sowie der Gasnetze und Wasserstoffwirtschaft vorgestellt. Die Beiträge wurden den folgenden fünf Kapiteln zugeordnet: 1. Zukünftige Netzstrategien und Klimaschutz-Forschungsinfrastrukturen 2. Ladeinfrastrukturen, Lastmanagement und Digitalisierung in elektrischen Netzen 3. Simulation, Messung und Bewertung elektrischer Netze 4. Klimaschutz, Sektorkopplung und Wärmeversorgung 5. Neuartige Brennstoffzellen- und Elektrolyseanlagen

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien -- Elektrotechnisches Basiswissen zur Netzintegration der Erzeugungsanlagen -- Elektrische Netze mit Erzeugungsanlagen erneuerbarer Energien -- Erzeugungsanlagen mit Nutzung erneuerbarer Energien -- Netzanschluss der Erzeugungsanlagen erneuerbarer Energie.

Die Energiewende findet im Verteilungsnetz statt. Durch technischen Fortschritt und politischen Gestaltungswillen sind seit Beginn dieses Jahrhunderts bundesweit über eine Million Photovoltaikanlagen ans öffentliche Versorgungsnetz angeschlossen worden, zum allergrößten Teil in der niedrigsten Spannungsebene. In mehr und mehr Regionen führt dies zu einem Paradigmenwechsel im Verteilungsnetz, d.h., es kommt zu zeitweise bidirektionalen Leistungsflüssen, was bislang ungekannte Herausforderungen bei Netzplanung und Netzbetrieb zur Folge hat. Lösungen dafür sind unter dem Begriff "Smart Grid" bekannt, und wurden in verschiedenen teilweise öffentlich geförderten Forschungsprojekten untersucht. In diesen Kontext ist die vorliegende Arbeit einzuordnen. Wesentliche Merkmale sind ein systemischer Blick auf das Netz als Gesamtsystem statt auf einzelne Komponenten. Wegen des Fokus auf das Gesamtsystem werden die Ergebnisse ausschließlich mittels Softwaresimulationen erzielt und nicht im Labor oder im realen Netz. Dafür werden reale Netzdaten, generische Verbrauchsprofile sowie reale Einspeiseverläufe verwendet. Von einem Verteilungsnetzbetreiber stehen reale Daten der einem Umspannwerk unterlagerten Mittel- und Niederspannungsebene zur Verfügung. Auf dieser Basis werden die Niederspannungsnetze anhand qualitativer und quantitativer Kriterien in sechs Cluster eingeteilt und zwölf repräsentative Niederspannungsnetze sowie die beiden Mittelspannungsnetze detailliert nachgebildet. Weiterhin wird anhand eines öffentlichen Registers von Photovoltaikanlagen eine Verteilung der PV-Anlagengröße auf die Netzanschlusspunkte der Niederspannung erstellt. Der zeitliche Verlauf der Einspeisung wird aus realen Leistungsverläufen gewonnen. Die Annahmen zur Durchdringung mit PV-Anlagen und die Cluster gehen in die Festlegung der Konfigurationen ein. In der Ausgangslage werden die repräsentativen Niederspannungsnetze ohne PV-Anlagen betrachtet. Im zweiten Schritt wird in diesen Netzen die Situation mit maximaler dezentraler Einspeisung simuliert. Als drittes wird die gesamte Mittelspannungsebene untersucht, indem die Niederspannungsnetze durch Vertreter aus ihrem Cluster aggregiert werden. Lastflusssimulationen bilden den Schwerpunkt dieser Arbeit. Dafür wird ein Netzberechnungsprogramm eingesetzt, weshalb die gängige Modellierung der Betriebsmittel übernommen wird. Die Netznachbildung erfolgt nur im Mitsystem. Die Simulationen erfolgen quasistatisch durch Vorgabe von Profilen für Wirk- und Blindleistung an den Netzanschlusspunkten und mit einer simulierten Dauer von zwei Jahren. Knotenspannungen sowie die Auslastung von Transformatoren und Leitungen sind Gegenstand der Auswertung. Die Simulationen werden in verschiedenen Szenarien durchgeführt. Sie unterscheiden sich in den Maßnahmen zur Behebung von Grenzwertverletzungen. Im Niederspannungsnetz ist fast ausschließlich das Spannungsband betroffen. Als insgesamt wirkungsvollste Maßnahme hat sich der Einsatz eines regelbaren Ortsnetztransformators erwiesen. Blindleistungsregelung am Wechselrichter eignet sich eher in Einzelfällen, führt aber auch zu einer höheren Auslastung der Betriebsmittel. In der Mittelspannungsebene werden unter den gewählten Annahmen auch vereinzelt Leitungen überlastet. Die Auswirkungen auf die Versorgungszuverlässigkeit werden mit Hilfe einer probabilistischen Zuverlässigkeitsberechnung untersucht. Die Bewertung erfolgt anhand von standardisierten Kenngrößen wie der durchschnittlichen Nichtverfügbarkeit für Netzkunden. Dieser Wert wird hauptsächlich beeinflusst von zusätzlichen Umschaltmöglichkeiten zur Wiederversorgung, wenngleich die Effekte insgesamt eher gering sind. Eine finanzielle Betrachtung der untersuchten Aspekte schließt diese Arbeit ab. Im aktuellen regulatorischen Regime stellen Netzverstärkungen oder Entschädigungszahlungen aufgrund von Abregelung bei der Festsetzung der Netzentgelte grundsätzlich anrechenbare Kosten dar. Aus diesem Grund gibt es für den Netzbetreiber allenfalls indirekte Anreize, Spannungsprobleme besonders effizient zu lösen oder die Zuverlässigkeit durch Verstärkungen zu steigern.

As part of the international climate negotiations there is a lot of discussion about methodologies for quantifying emission reductions of greenhouse gas reduction projects (baseline discussion) and about granting emission reduction credits only to projects that are additional (Investment Additionality discussion). So far this discussion has been fairly general and has not systematically analysed the impacts on investor decisions. We analyse these impacts for the case of renewable energies and show that the approaches under discussion can all give perverse incentives to invest at unfavourable sites. Thus, higher CO2 abatement costs than without any crediting system might be realised resulting in inefficiencies in climate policy. To overcome this problem we introduce a new Investment Additionality concept and propose to have only one emission reduction factor for each electricity grid. ; Im Rahmen der internationalen Klimaverhandlungen wird z. Z. intensiv über Methodologien zur Quantifizierung von CO2 Reduktionen durch Projekte zur Treibhausgasminderung (sog. Baseline-Diskussion) sowie über die ausschließliche Vergabe von Emissionsreduktionszertifikaten für Projekte, die zu zusätzlichen Reduktionen führen (Investment Additionality Diskussion), diskutiert. Bisher war diese Diskussion sehr allgemein gehalten und die Auswirkungen der betreffenden Regelungen auf das Entscheidungsverhalten von Investoren wurden nicht systematisch untersucht. Wir analysieren diese Wirkungen für erneuerbare Energien und zeigen, dass die diskutierten Verfahren den Anreiz geben können, an ungünstigen Standorten zu investieren. Auf diese Weise können höhere CO2 Vermeidungskosten realisiert werden, als dies ohne jegliches Anreizsystem der Fall wäre, woraus wiederum eine ineffiziente Klimapolitik resultieren würde. Um die Probleme zu lösen, führen wir ein neues Konzept der Investment Additionality ein und fordern für jedes elektrische Netz jeweils einheitliche Baselines (Emissionsreduktionsfaktoren) zu verwenden.