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Revolutionierung des Solarwachstums und der Netzzuverlässigkeit: Die Rolle netzbildender Wechselrichter

2024-03-06

Im unscheinbaren Bereich der Verbindungsausrüstung liegt ein potenzieller Game-Changer: der netzbildende Wechselrichter. Ähnlich wie der Unterschied zwischen selbstfahrenden und herkömmlichen Autos sehen diese Wechselrichter vielleicht gewöhnlich aus, aber es ist das Innere, das den Unterschied ausmacht.

 

Im Gegensatz zu ihren herkömmlichen, dem Netz folgenden Gegenstücken verfügen netzbildende Wechselrichter über einzigartige Steuerungen, die nicht nur der Schlüssel zur Aufrechterhaltung, sondern auch zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Netzes sein könnten. Diese unscheinbare Box birgt das Potenzial, das Netz nach einem Ausfall nahtlos wieder in Betrieb zu nehmen, was einen erheblichen Fortschritt bei der Solarausweitung und der allgemeinen Netzstabilität darstellt. Tauchen wir ein in die transformative Welt der netzbildenden Wechselrichter und ihre zentrale Rolle in der Zukunft der Solarenergie.

 

Wechselrichter, die mit netzbildenden Steuerungen ausgestattet sind, sind die heimlichen Helden beim Übergang zu umfangreichen erneuerbaren Ressourcen wie Solar-, Wind- und Batterieenergie. Diese innovativen Wechselrichter ziehen Parallelen zu selbstfahrenden Autos, die durch den Verkehr navigieren, und weisen die Fähigkeit auf, Änderungen im Netz in Echtzeit zu erkennen und sich daran anzupassen.

 

Stellen Sie sich ein Netzwerk von Solarenergiesystemen vor, in dem eine ausgewählte Gruppe von Wechselrichtern im netzbildenden Modus arbeitet, während der Rest diesem Beispiel folgt. Diese dynamische Fähigkeit ermöglicht die Aufrechterhaltung stabiler Netzspannungen und -frequenzen auch bei Störungen. Das Ergebnis? Erhöhte Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen, was einen entscheidenden Schritt hin zu einem nahtlos integrierten und robusten Netz für erneuerbare Energien darstellt.

 

Im Wettlauf um die Dekarbonisierung des Netzes bis 2035 erweisen sich netzbildende Wechselrichter als heimliche Helden. Im Gegensatz zu ihren netzabhängigen Gegenstücken verfügen diese innovativen Wechselrichter über die einzigartige Fähigkeit, ein ausgefallenes Netz mithilfe wechselrichterbasierter Ressourcen wie Solar-, Wind- und Batterien neu zu starten – ein Vorgang, der als Schwarzstart bekannt ist.

 

Traditionell erfordern netzbasierte Wechselrichter eine festgelegte Netzspannung und -frequenz, die oft auf Quellen wie Erdgaskraftwerken angewiesen sind, bevor sie Strom in das Netz einspeisen. Netzbildende Wechselrichter definieren dieses Paradigma jedoch neu und bieten eine vielseitigere und belastbarere Lösung, die mit ehrgeizigen Zielen für saubere Energie übereinstimmt. Da der Einsatz von Wechselrichter-basierten Ressourcen immer weiter zunimmt, wird die Weiterentwicklung des Netzes zur Anpassung an diese hochmodernen Energietechnologien von größter Bedeutung. Der Weg in eine grünere und nachhaltigere Zukunft hängt von der Anpassungsfähigkeit dieser netzbildenden Wechselrichter ab.

 

Das zukünftige Netz steht vor einem transformativen Wandel, der durch drei entscheidende Merkmale gekennzeichnet ist: geringere Trägheit, erhöhte Unsicherheit und ein Anstieg der verteilten Energieressourcen. Im Einklang mit dem ehrgeizigen Ziel, 80 % der Stromerzeugung durch Wind- und Solarenergie zu erreichen, investiert das Energieministerium (DOE) in Technologieforschung, -entwicklung und -demonstration.

 

Da Regionen wie die hawaiianischen Inseln Kauai und Maui bereits die Herausforderungen meistern, die ein Betrieb mit über 80 % wechselrichterbasierten Ressourcen mit sich bringt, erkennt DOE die Notwendigkeit einer Anpassung. Der Fokus erstreckt sich auf die Integration netzbildender Wechselrichter in Stromnetze zunehmender Größe und Komplexität. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die 2,9-Millionen-Dollar-Investition des DOE in NREL mit dem Ziel, fortschrittliche Netzmodelle zu entwickeln und zu validieren, die in der Lage sind, das Dispatching- und dynamische Reaktionsverhalten von wechselrichterbasierten Ressourcen zu simulieren. Das Ziel? Stabilisierung eines zu 100 % erneuerbaren Energiesystems auf Maui und Demonstration der entscheidenden Rolle netzbildender Wechselrichter bei der Gestaltung des Netzes von morgen.

  

Um das volle Potenzial netzbildender Technologien auszuschöpfen, hat das Energieministerium (DOE) im Jahr 2021 das Universal Interoperability for Grid-Forming Inverters (UNIFI)-Konsortium ins Leben gerufen. Diese 25-Millionen-Dollar-Initiative unter der Leitung von NREL, dem Die University of Texas in Austin und das Electric Power Research Institute gelten als Pioniere, die die Branche in Richtung netzbildender Exzellenz führen.

 

Das Hauptziel von UNIFI besteht darin, einen universellen Satz von Richtlinien zu erstellen, der eine nahtlose Integration von Wechselrichter-basierten Ressourcen in das Netz gewährleistet. Mit einem Fokus auf Standards, Kommerzialisierung, Bildung, Schulung und Felddemonstration ist UNIFI zu einer umfassenden Initiative geworden. Es hat Richtlinien und Spezifikationen für Unternehmen entwickelt, um netzbildende Wechselrichter zu bauen und ihre Interoperabilität innerhalb eines großen Stromnetzes zu testen. UNIFI verkörpert das Engagement des DOE, die Netzstabilität und Nachhaltigkeit durch gemeinsame und innovative Bemühungen zu verbessern.

 

In einem strategischen Schritt zur Stärkung der Netzzuverlässigkeit stellte das Energieministerium (DOE) im Mai 2023 acht ausgewählten Projekten 26 Millionen US-Dollar zur Verfügung. Diese Projekte zielen darauf ab, die Entwicklung und Demonstration kritischer Netzzuverlässigkeitsdienste zu unterstützen, die von großen Unternehmen ermöglicht werden -große Wind-, Solar- und Energiespeicheranlagen.

 

Unter diesen Initiativen ist ein bemerkenswertes Projekt unter der Leitung von Portland General Electric, das netzbildende Wechselrichter in der Wheatridge Renewable Energy Facility in Oregon vorstellt. Diese Anlage ist die erste in Nordamerika, die Wind-, Solar- und Energiespeichersysteme kombiniert, und ist Vorreiter bei der Netzbildungstechnologie in einem mit dem Großstromsystem verbundenen Hybridkraftwerk. Im Erfolgsfall könnte diese Demonstration die Versorgungsunternehmen dazu veranlassen, netzbildende Fähigkeiten in ihre Verbindungsanforderungen zu integrieren und so die Voraussetzungen für eine transformative Veränderung der Netzzuverlässigkeit zu schaffen.

 

Während netzbildende Wechselrichter ihre ersten Fortschritte machen, sind diese vom DOE finanzierten Demonstrationen von entscheidender Bedeutung für die Etablierung ihrer Rolle bei der Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit. In den kommenden Jahren werden netzbildende Wechselrichter ein allgegenwärtiger und unverzichtbarer Bestandteil des modernen Stromnetzes werden und einen revolutionären Sprung in Richtung einer nachhaltigen und widerstandsfähigen Energiezukunft darstellen.

 

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