Günther Brauner

Infrastrukturen der Elektromobilität

SummaryDue to the progress in the field of accumulator technology the electrical car seems to have a breakthrough in the near future. The energy supply from the public grid will be challenging if the penetration rate of electrical vehicles is high. To avoid grid overloading a charging logistic is required, which enables a permanent charging at all parking areas. This will enable, to meet the need for charging with the existing power grid.ZusammenfassungDurch die Fortschritte auf dem Gebiet der Batteriespeicher steht das Elektroauto vor einem Durchbruch. Die Energieversorgung aus dem öffentlichen Netz steht bei einer hohen Durchdringung von Elektrofahrzeugen vor großen Herausforderungen. Um Netzüberlastungen zu vermeiden, ist eine Ladelogistik erforderlich, die eine möglichst durchgängige Nachladung auf allen Parkflächen ermöglicht. Hierdurch ist ein Auskommen mit den vorhandenen Netzinfrastrukturen der Elektrizitätsversorgung möglich.

Sicherheit der Übertragungsnetze

ZusammenfassungIm Zuge der europaweiten Öffnung der Elektrizitätsmärkte sind eine starke Veränderung im internationalen Energieaustausch und eine zunehmende Auslastung der Übertragungsnetze zu beobachten. Weiters ist durch die stetige Verbrauchszunahme und den veränderten Kraftwerkseinsatz sowie durch Stillegung von regional unwirtschaftlichen Kraftwerken ein erhöhtes weitläufiges Transportaufkommen festzustellen. Diese Faktoren haben aufgrund der zentralen Lage Österreichs im UCTE-Netz einen starken Einfluss auf das österreichische Übertragungsnetz. Bedingt durch langwierige Genehmigungsverfahren und mangelnde regionale Akzeptanz von Seiten der Bevölkerung wird der seit Jahren von den verantwortlichen Netzbetreibern geplante und geforderte Ausbau eines leistungsfähigen österreichischen Übertragungsnetzes verzögert, so dass heute die Kapazitätsgrenze wichtiger innerösterreichischer Leitungen erreicht ist. Weiträumige nicht prognostizierbare Transitverschiebungen im umgebenden europäischen Verbundnetz führen somit zu kurzfristigen Engpässen und Leitungsbelastungen, die zeitweise bis an die thermische Kapazitätsgrenze reichen. Im Falle von Überlastauslösungen und zu geringem Eigenerzeugungsanteil käme es in weiterer Folge zur Bildung von regionalen Netzinseln. Anhand von Simulationen wird das Abfangen einer Inselbildung in Nord-Ost-Österreich durch Unterfrequenz-Lastanpassung und Einsatz der Kraftwerksregler bei hohem Eigenerzeugungsanteil bestätigt. Falls zukünftig der Eigenerzeugungsanteil weiter stark zurückgehen sollte und das österreichische Übertragungsnetz nicht entsprechend dem europäischen Standard ausgebaut wird, können sich solche Inselbildungen zu Netzzusammenbrüchen ausweiten.AbstractThe deregulation of the electricity market in Europe has led to changes of power flows and loading in the transmission systems. Due to the steady increase of consumption in combination with a new regime of power plant operation the TSOs are faced with the appearance of bottlenecks within the Austrian transmission grid. On the one hand uneconomic power stations have been shut down and on the other hand energy trade is intensifying. These influencing factors and the lengthy approval procedures for grid extensions have caused the Austrian transmission system to reach the limits of its capacity. The n-1-security criterion can no longer be fulfilled. Unpredicatable widespread transits in the surrounding European transmission system may cause an overloading of the inner-Austrian lines up to their thermal transmission capacity which might result in the formation of network islands in the Austrian transmission system. Simulations show that the islanding can be governed by load shedding and control of power stations with corresponding high proportion of local generation. In case the proportion of local generation further decreases and the reinforcement of the Austrian transmission system to reach European standards is further delayed, the formation of such network islands might result in system breakdowns.

Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Energieversorgung

ZusammenfassungDie Begriffe Zuverlässigkeit und Sicherheit werden häufig unklar oder falsch verwendet. Im Folgenden sollen aus der Sicht der Energieversorgung die Bedeutung der Begriffe dargestellt und daraus Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Energieversorgung abgeleitet werden.AbstractThe terms reliability and security are often used imprecisely or in a wrong manner. In the following the meaning of the terms is described from the view of an utility and recommendations for reliability and security of energy supply are derived.

Forschungsbedarf für das Elektrofahrzeug der Zukunft

SummaryToday the requirements posted to the electric vehicle are influenced by the conventional car with combustion engine. For the electric vehicle of the first generation there is mainly a need for the suburban short-distance traffic. For this purpose the available battery technologies are at the moment usable with their attainable driving range. For the next generation of electric vehicles there is a need for higher ranges due to improved efficiency by means of reduced mass, lower rolling resistance and lower energy demands for heating and cooling. These are the goals of future research. For the vehicle itself and the electric power train the needs of research are depicted.ZusammenfassungDie heute an das Elektrofahrzeug gestellten Anforderungen sind von den klassischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor geprägt. Für Elektrofahrzeuge der ersten Generation besteht insbesondere Bedarf für den suburbanen Nahverkehr. Hierfür sind die verfügbaren Batterietechnologien in ihrer damit erzielbaren Reichweite bereits einsetzbar. Für die nächste Generation sind höhere Reichweiten durch verbesserte Effizienz mittels verminderter Masse, geringerem Rollwiderstand und niedrigerem Energiebedarf für Heizung und Kühlung die Forschungs- und Entwicklungsziele der Zukunft. Für das Fahrzeug und den Antrieb wird der Forschungsbedarf dargestellt.

Nachhaltige Energiebereitstellung für elektrische Mobilität

SummaryFossil fuels will not be able to cope the continuous increase of transport and the problems concerning environment and resources. The challenges in transport are more and more related to the field of energy. Renewables as well as energy efficiency obtain central importance. To reach fundamental improvements, it is necessary to apply sustainable strategies and to change on consistent way to low-emission-fuels and zero-emission-vehicles. Therefore the electric drive and the sustainable electric energy supply are getting more relevant. This article covers the important aspects of energy supply for electric mobility.ZusammenfassungDas kontinuierliche Verkehrswachstum und die daraus resultierenden Umwelt- und Ressourcenprobleme des Verkehrsbereichs können zukünftig durch den konventionellen Einsatz fossiler Treibstoffe nicht bewältigt werden. Die Herausforderungen des Verkehrs liegen dabei zunehmend im Energiebereich. Energieeffizienz und erneuerbare Energien rücken in den Mittelpunkt. Um fundamentale Verbesserungen zu erzielen, werden nachhaltige Strategien erforderlich sein, konsequent den Einsatz von CO2-emittierenden Treibstoffen einzuschränken und zu Null-Emissions-Fahrzeugen überzugehen. Der elektrische Antrieb im Fahrzeug sowie die nachhaltige elektrische Energieerzeugung der Antriebsenergie werden zukünftig an Bedeutung gewinnen. Im vorliegenden Beitrag werden deshalb die wesentlichen Aspekte der Energiebereitstellung für elektrische Mobilität dargelegt.

Netzanbindung von Windkraftanlagen

ZusammenfassungDie Zunahme der Windkraftanlagen und deren konzentrierte Aufstellung in Windparks kann zu Problemen bei der Spannungsqualität führen. Neben Oberschwingungen und Flicker sind Spannungsanhebungen möglich. Die Spannungsanhebungen dürfen einen Wert von 2% nicht überschreiten. Moderne Windkraftanlagen mit selbstgeführten Umrichtern erlauben eine Blindleistungsregelung. Es genügt, wenige derartige Anlagen in einem Windpark zu installieren, um das Problem der Spannungsanhebung zu beherrschen.AbstractWind power stations can cause problems in power quality, especially if they are concentrated in wind parks. This can result in harmonics, flicker and voltage rise. The voltage rise should not exceed 2%. Modern wind generators with self commutated converters enable a control of the reactive power. It is sufficient to install only a few of these modern generators in a wind park to control the problem of voltage rise.

Netzplanung und Betrieb im Wettbewerb

ZusammenfassungDie Liberalisierung der Elektrizitätswirtschaft hat zu einer Trennung der Geschäftsbereiche in Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Stromhandel geführt. Die Netze stellen weiterhin natürliche Monopole dar und müssen ihre Kosten über Tarife für Durchleitungen und Netzdienstleistungen erlösen. Der wirtschaftliche Netzbetrieb ist zukünftig im Wettbewerb von großer Bedeutung. Durch Personalabbau kann kurzfristig die Ertragssituation verbessert werden. Langfristig ist ein wirtschaftlicher Netzausbau anzustreben, bei dem der Investitions- Betriebs- und Wartungsaufwand deutlich abgesenkt werden kann, ohne die Versorgungszuverlässigkeit merklich zu beeinträchtigen.AbstractThe liberalization of the utilities has led to an unbundling of generation, transmission, distribution and energy trade. The grids represent furthermore natural monopolies and have to earn their costs by tariffs for transits and ancillary services. The economic operation of grids is in future of importance. By reduction of personnel in the short-term range an improvement of the profit situation is possible. In the long-term range an economic network development is necessary, which reduces significantly the costs for investments, operation and maintenance, without affecting the reliability of supply.

Zukünftige Tendenzen der Spannungsqualität in elektrischen Verteilnetzen

Die EMV-Normen der Reihe EN 61000-3-x (Grenzwerte) haben nunmehr eine mehr als zehnjährige Entwicklungsgeschichte hinter sich. Diese emissionsbegrenzenden Normen orientieren sich im Gegensatz zur EN 50160 an einzelnen Betriebsmitteln und Anlagen. Dennoch können diese Normenteile nicht unabhängig voneinander betrachtet werden, da die Festlegungen der emissionsbegrenzenden Normen bestimmend für die Festlegungen der Spannungsqualität in den Netzen sind.Standards regarding to electromagnetic compatibility (series EN 61000-3-x, limits) now have a 10 years history of evolution. These standards include limits to emissions of single devices and systems, in contrast to EN 50160. These standards can not be handled independently because commitments at emission-limiting standards are influencing the voltage quality at public grid.

Spannungsstabilität und Gefahren eines Voltage Collapse in Österreich

ZusammenfassungGegen Ende des Sommers 2003 traten in den USA/Kanada und in Europa mehrere bedeutende Netzstörungen in Hochspannungsnetzen auf. Neben dem Black-out in Italien trat in Österreich am 27. August 2003 eine markante Störung auf, die ihren Ausgangspunkt in benachbarten Bereichen des europäischen UCTE-Übertragungsnetzes hatte und sich zu einer internationalen Netzstörung entwickelte. Durch den sofortigen Einsatz von Notmaßnahmen konnte ein Spannungszusammenbruch im Übertragungsnetz der Verbund-Austrian Power Grid AG (APG) gerade noch verhindert werden. Die Folge eines Spannungszusammenbruchs wäre ein Black-out im Süden Österreichs gewesen und hätte zumindest die Bundesländer Steiermark und Kärnten betroffen. Im vorliegenden Artikel wird neben einer grundlegenden Beschreibung der Stabilität der Energieübertragung auf die Ursachen von Großstörungen und den Verlauf eines Spannungszusammenbruchs eingegangen. Den Schwerpunkt stellen eine ausführliche Analyse der Ereignisse vom 27. August 2003 und die entsprechenden, an der TU Wien dazu angestellten, Simulationen dar. Die Ausweisung der Gefahrenpotentiale für die Spannungsstabilität durch den unzureichenden 380-kV-Netzausbau in Österreich und entsprechende Maßnahmen zur Minimierung der Risken beschließen den Artikel.AbstractAt the end of summer 2003 several major disturbances occurred in the high-voltage grids of USA/Canada and Europe. Apart from the black-out in Italy, Austria was affected by a significant disturbance on August 27, 2003. The disturbance originated in neighbouring areas of the UCTE transmission system and developed into an international system disturbance. Through immediate emergency measures a voltage collapse in the transmission grid of Verbund-Austrian Power Grid AG (APG) could be avoided. Such a voltage collapse could have resulted in a black-out in the south of Austria involving at least the provinces of Styria and Carinthia. Apart from a fundamental description of energy transmission stability the present article deals with the reasons for major disturbances and the sequence of the voltage collapse. The main focus lies on a detailed analysis of the events on August 27, 2003 and the corresponding simulations performed at the Technical University of Vienna. In conclusion, the article describes the potential risks for voltage stability caused by insufficient development of the 380 kV grid in Austria and the corresponding measures to minimize these risks.

Dezentrale Energieversorgung mit Brennstoffzellen und Mikrogasturbinen

ZusammenfassungDezentrale Energieerzeugungsanlagen wurden in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt. Die Tendenz in der Gebäudeenergieversorgung geht zu kleinen Einheiten, die wirtschaftlich und wettbewerbsfähig zur zentralen Versorgung sein müssen. Insbesondere in Brennstoffzellen und Mikrogasturbinen, die mit Kraft-Wärme-Kopplung zur Strom- und Wärmeversorgung eingesetzt werden können und damit hohe Gesamtwirkungsgrade erreichen, setzt man hohe Erwartungen. Sie stellen zukünftig damit auch in kleinen Leistungsbereichen eine preiswerte Energieversorgung dar. Um die Chancen dezentraler Technologien bewerten zu können, werden sowohl Aspekte der Verbraucher als auch Auswirkung auf die Verteilernetze betrachtet.AbstractDecentralized cogeneration has shown significant progress in development in the last years. The tendency in supply of buildings goes to small units, which have to be economic and competitive in relation to centralized supply technology. Especially fuel cells and micro gas turbines seem to be suitable for high efficiency in cogeneration of electricity and heat. Even in small scale applications they represent cost efficient supply. To evaluate the chances of decentralized technologies, their influence in relation to consumers and distribution networks are considered.