Basics of Electrical Power Generation Energietransport

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1 Basics of Electrical ower Generation Energietransport Stand: 0 / 9 GE Global Research Freisinger Landstrasse Garching kontakt@reg-energien.de nhalte. Wechselspannung. Energienetz Stand: 0 / 9

2 Wechselspannung Stand: 0 / 9 Schema der Energieerzeugung m konventionellen Kraftwerk wird thermische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt. Aus mechanischer Arbeit macht ein Generator elektrisch Energie Die Einspeisung von elektrischer Energie ergolgt über Transformatoren in das Stromnetz Thermische Energie Mechanische Arbeit Elektrische Energie Kessel Kraftwerksturbine Generator Transformator Stromnetz Stand: 0 / 9

3 Stand: 0 5/ 9 Wechselspannungen Wechselspannung: Spannung, deren olarität regelmäßig wechselt Bekannteste Form: Sinusförmige Wechselspannung Dreiphasenwechselspannung: Erzeugt Dreiphasenwechselstrom (ugs. Drehstrom) Sie besteht aus drei Wechselspannungen mit 0 hasenunterschied Source: Stand: 0 6/ 9. sin sin 8 sin sin 8 sin sin 8 sin sin 8 sin sin const Dreiphasenwechselspannung ˆ ˆ ˆ ˆ : Es gilt Gleichbleibende Leistung, trotz sich ändernder Spannungen & Ströme

4 Generator Generatoren erzeugen Wechselspannung Durch Drehung des Rotors (Konstantmagnet) wird in den Spulen V W ein Wechselstrom induziert Die Spulen sind in einem Winkel von 0 angeordnet Dreiphasenwechselspannung Aufbau: Ersatzschaltung: Stand: 0 7/ 9 Generatoraufbau: mehrstufig Stand: 0 8/ 9

5 Energienetze Stand: 0 9/ 9 Verluste beim Energietransport ) Bekannte Zusammenhänge: Leitung: A =,5 mm Leitung: A = L,5 = mm² m L = m Glühlampe ρ Cu = = 0,078 0,078 mm²/m Ω*mm /m Lampe: = 00 W R R L L A ) Berechnung Leitungswiderstand und benötigte Stromstärke: ) Berechnung Verlustleistung: R L 0,078 7,5 00W 0, A 0V R R L/ R L/ = 0 VAC R G V RL 7 0, 5W ) Berechnung Verlustleistung nach Transformation: Trafo 0: 00W 0, 0A.00V R L/ R L/ = 0 VAC = 00 VAC = 0: = :0 R G V RL 7 0, 0, 5W Stand: 0 0 / 9 Verluste abhängig von Stromstärke () und Leitungswiderstand (R) 5

6 Energietransport Der Energietransport erfolgt über Transportnetze (Höchst- und Hochspannung) und Verteilnetze (Niederspannung) Geringe Transportverluste werden duch hohe Spannung und niedrigen Strom erreicht (bei gleicher Leistung) Stand: 0 / 9 mspannwerke (Trafostationen) mspannwerke sind die Knotenpunkte im Stromnetz Elektrizität des regionalen Verteilnetzes (0 bis 6 kv Mittelspannung), wird auf die Ortsnetzspannung (00 / 0 V Niederspannung) transformiert Stand: 0 / 9 6

7 Netzbelastung in Deutschland Leistung in GW 9, 0 0, Stand: 0 / 9,8 5, 7,0 0,8 78,5 89, Gesicherte Leistung Nicht einsetzbare Leistung Ausfälle Revisionen Reserver für Systemdienstleistungen Verbleibende Leistung Last Netzleistung in GW :00 Typischer Wintertag Typischer Sommertag :00 hrzeit 00:00 Schwankungen in Tageszeit und Jahreszeit TCE*-Netz Das TCE-Netzt stellt die Verknüpfung zwischen überregionaler, regionaler und lokaler Energieversorgung dar Das europäische Verbundsystem ist ein europaweites engmaschiges Netz aus Hoch- und Höchstspannungs-Leitungen zur Stromverteilung Es existieren in Europa mehrere solche Verbundsysteme Vorteil Verbundsystem: Schwankungen können erheblich besser ausgeglichen werden als wenn jedes Land ein eigenes autakes Netz betreiben würde Stand: 0 / 9 *TCE: nion for the Co-ordination of Transmission of Electricity 7

8 Versorgung in Deutschland Es gibt vier Haupt-Netzbetreiber Alle sind Mitglieder im CTE und somit auch am europäischen Verbundsystem beteiligt Das deutsche Stromnetz ist ca.,6 Mio. km lang Ca. 7% sind unterirdisch verlegt (00) Die Aufgaben der Netzbetreiber ist folgende Qualitätsmerkmale zu gewährleisten: Versorgungszuverlässigkeit Spannungsgüte Frequenzqualität Energiemix Stand: 0 5 / 9 Struktur der Energieversorger Stand: 0 6 / 9 8

9 Alter der Stromnetze Durchschnittsalter in Jahren HöS HS LS TS TF Höchstspannung, 80/0 kv Hochspannung, 0 kv Leistungsschalter Trennschalter Transformatoren kV-Maste 0-kV-Maste HöS / HöS-TF HöS / HS-TF HöS-LS HS-LS HöS-TS HS-TS 0 Stand: 0 7 / 9 Regelung der Kraftwerke Stand: 0 8 / 9 9

10 Zusammenfassung Verwendung von Wechselspannungen im E-Netz Erzeugung durch Generatoren Elektrische Transportverluste abhängig von Stromstärke () und Leitungswiderstand (R) Transformation: Hohe Spannung, niedriger Strom geringere Transportverluste Leistungsschwankungen werden durch Verbundnetze ausgeglichen Netzbetreiber in Deutschland Stand: 0 9 / 9 Frei Stand: 0 0 / 9 0