Seminare zum Thema elektrische Netze und Smart Grid im HDT

Elektrotechnik_02-02_Netzanbidung_HDT_AP_0

Elektrische Energie wird über Kabel und Leitungen vom Kraftwerk bis zum Verbraucher übertragen. Die Übertragung geschieht über unterschiedliche Spannungsebenen und Verteilsysteme. Von der Hoch- über die Mittel- bis zur Niederspannung geht es über Hoch- und Mittelspannungsleitungen und Kabel bis zu Niederspannungsverteilungen im Haushalt und in der Industrie. Heute werden zunehmend Energieerzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energiequellen gespeist und an das öffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen. Dabei sind Regeln, Richtlinien und Anschlussbedingungen zu beachten. Kleinere, dezentrale Erzeugeranlagen speisen im Gegensatz zu mittleren bis größeren Kraftwerken auch direkt in die unteren Spannungsebenen wie das Niederspannungsnetz oder das Mittelspannungsnetz ein.

Smart Grid sorgt dafür, dass Zustandsinformationen und Lastflussdaten aus den einzelnen Netzelementen, wie z. B. Erzeugungsanlagen, Verbrauchern (Haushalte oder Industrieanlagen) oder auch Transformatorenstationen in Echtzeit abgerufen und verarbeiten werden können. Smart Grind beziehen neben den Produktionsanlagen auch größere Verbraucher wie Wärmepumpen, Warmwasserspeicher, Kühlhäuser und eventuell in Zukunft auch einmal Autobatterien zur Netzstabilisierung in das Netzmanagement mit ein.

Smart Grid integriert sämtliche Akteure auf dem Strommarkt durch das Zusammenspiel von Erzeugung, Speicherung, Netzmanagement und Verbrauch in ein Gesamtsystem. Kraft- und Speicherwerke werden bereits heute so gesteuert, dass stets nur so viel Strom produziert, wie benötigt wird. 

Elektrische Energie wird über Kabel und Leitungen vom Kraftwerk bis zum Verbraucher übertragen. Die Übertragung geschieht über unterschiedliche Spannungsebenen und Verteilsysteme. Von der... mehr erfahren »
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Seminare zum Thema elektrische Netze und Smart Grid im HDT

Elektrotechnik_02-02_Netzanbidung_HDT_AP_0

Elektrische Energie wird über Kabel und Leitungen vom Kraftwerk bis zum Verbraucher übertragen. Die Übertragung geschieht über unterschiedliche Spannungsebenen und Verteilsysteme. Von der Hoch- über die Mittel- bis zur Niederspannung geht es über Hoch- und Mittelspannungsleitungen und Kabel bis zu Niederspannungsverteilungen im Haushalt und in der Industrie. Heute werden zunehmend Energieerzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energiequellen gespeist und an das öffentliche Stromversorgungsnetz angeschlossen. Dabei sind Regeln, Richtlinien und Anschlussbedingungen zu beachten. Kleinere, dezentrale Erzeugeranlagen speisen im Gegensatz zu mittleren bis größeren Kraftwerken auch direkt in die unteren Spannungsebenen wie das Niederspannungsnetz oder das Mittelspannungsnetz ein.

Smart Grid sorgt dafür, dass Zustandsinformationen und Lastflussdaten aus den einzelnen Netzelementen, wie z. B. Erzeugungsanlagen, Verbrauchern (Haushalte oder Industrieanlagen) oder auch Transformatorenstationen in Echtzeit abgerufen und verarbeiten werden können. Smart Grind beziehen neben den Produktionsanlagen auch größere Verbraucher wie Wärmepumpen, Warmwasserspeicher, Kühlhäuser und eventuell in Zukunft auch einmal Autobatterien zur Netzstabilisierung in das Netzmanagement mit ein.

Smart Grid integriert sämtliche Akteure auf dem Strommarkt durch das Zusammenspiel von Erzeugung, Speicherung, Netzmanagement und Verbrauch in ein Gesamtsystem. Kraft- und Speicherwerke werden bereits heute so gesteuert, dass stets nur so viel Strom produziert, wie benötigt wird. 

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Auch die Vorgehensweisen beim Anschluss und dem Betrieb von Erzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energiequellen erfordern spezielles Know-how. Der Anschluss von Anlagen in Mittel- und Niederspannungsnetzen kann Auswirkungen auf Rundsteueranlagen und Blindleistungskompensation haben.

Die rechtlichen Grundlagen für Normen, Richtlinien und Regeln im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit und damit für die Spannungsqualität sind auf EU-Ebene durch die Richtlinie 89/336/EWG des Rates vom 03. Mai 1989 (Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die elektromagnetische Verträglichkeit) sowie weiterer Richtlinien zum Thema geschaffen worden. Auf nationaler Ebene legt das Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG) vom 18. September 1998 die Rechtsgrundlage für die Behandlung der elektromagnetischen Verträglichkeit und die Anwendung der nationalen Normen. Das EMVG wurde als Umsetzung der EU-Richtlinie 2004/108/EG (EMV-Richtlinie) vom 15. Dezember 2004 geändert und tritt als Neufassung am 10. Juli 2007 in Kraft. In EMVG §3 Abs. (2) heißt es, "Das Einhalten der Schutzanforderungen wird vermutet für Geräte, die übereinstimmen … mit den auf das jeweilige Gerät anwendbaren harmonisierten europäischen Normen,… diese Normen werden in DIN VDE Normen umgesetzt und ihre Fundstellen..."

Im Gesetz über die Energie- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz EnWG) vom 07. Juli 2005, zuletzt geändert am 09. Dezember 2006, wird in §49 Abs. (1) und Abs. (2) eine ähnliche Formulierung gewählt.


(1) "Energieanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass die technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger Rechtsvorschriften die allgemein anerkannten Regeln der Technik zu beachten."


(2) "Die Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik wird vermutet, wenn bei Anlagen zur Erzeugung, Fortleitung und Abgabe von … Elektrizität die technischen Regeln des Verbandes Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. … eingehalten worden sind. 
Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien können nach EnWG §49 Abs.

(4) davon abweichend behandelt werden."
"Das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit kann, soweit Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien im Sinne der Erneuerbare-Energien-Gesetzes betroffen sind im Einvernehmen mit dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Rechtsverordnungen mit Zustimmung des Bundesrates über Anforderungen an die technische Sicherheit von Energieanlagen erlassen." 
Die detaillierte Ausgestaltung der Anschlussbedingungen ergibt sich für Betreiber von Elektrizitätsversorgungsnetzen aus EnWG §15 Abs. (1) 
"Betreiber von Elektrizitätsversorgungsnetzen sind verpflichtet … für den Netzanschluss von Erzeugungsanlagen, Elektrizitätsverteilernetzen, Anlagen direkt angeschlossener Kunden … technische Mindestanforderungen an deren Auslegung und deren Betrieb festzulegen und im Internet zu veröffentlichen." 
Weiter heißt es in EnWG §15 Abs. (3) "Die technischen Mindestanforderungen … müssen die Interoperabilität der Netze sicherstellen sowie sachlich gerechtfertigt und nichtdiskriminierend sein. Die Interoperabilität umfasst insbesondere die technischen Anschlussbedingungen…" 
Neben den erwähnten Gesetzen existiert eine Vielzahl von Erlassen und Verordnungen, von denen hier nur zwei erwähnt werden sollen.

  • 

Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Elektrizitätsversorgung von Tarifkunden (AVBEltV) Stand: 09. Dezember 2004
  • 
Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung (NAV) Stand: 01. November 2006

In AVBEltV § 3 Abs. (2) heißt es "Vor der Errichtung einer Eigenanlage hat der Kunde dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen Mitteilung zu machen. Der Kunde hat durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, dass von seiner Eigenanlage keine schädlichen Rückwirkungen in das öffentliche Elektriziätsversorgungsnetz möglich sind."


Die NAV gilt an Stelle der AVBEltV für alle Anschlussverhältnisse, die nach dem 12. Juli 2005 geschlossen wurden. NAV §13 Abs. (2) legt fest: "Unzulässige Rückwirkungen der Anlage sind auszuschließen. Um dies zu gewährleisten, darf die Anlage nur nach den Vorschriften dieser Verordnung, nach anderen anzuwendenden Rechtsvorschriften und behördlichen Bestimmungen sowie nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik errichtet, erweitert, geändert und instandgehalten werden."


In Bezug auf die allgemein anerkannten Regeln der Technik wird auf §49 Abs. (2) Nr. 1 des Energiewirtschaftsgesetzes verwiesen.


Aussagen bezüglich Netzrückwirkungen werden in NAV §19 getroffen."

(1) Anlage und Verbrauchsgeräte sind … so zu betreiben, dass Störungen … ausgeschlossen sind. 


(2) Erweiterungen und Änderungen ... sind dem Netzbetreiber mitzuteilen, soweit … mit Netzrückwirkungen zu rechnen ist. Nähere Einzelheiten über den Inhalt der Mitteilung kann der Netzbetreiber regeln.


(3) … Der Anschlussnehmer … hat durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, dass von seiner Eigenanlage keine schädlichen Rückwirkungen in das Elektrizitätsversorgungsnetz möglich sind. …" 


Das Recht und die Notwendigkeit zur Festlegung von technischen Anschlussbedingungen sind in NAV §20 festgelegt. 


"Der Netzbetreiber ist berechtigt, in Form von technischen Anschlussbedingungen weitere technische Anforderungen an den Netzanschluss und andere Anlagenteile sowie an den Betrieb der Anlage einschließlich der Eigenanlage festzulegen, … Diese Anforderungen müssen den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. …" 
Aufbauend auf den rechtlichen Randbedingungen und Forderungen werden die Festlegungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Spannungsqualität seitens der Versorgungsnetzbetreiber definiert in:



• Transmission Code, Verband der Netzbetreiber 


• Technische Richtlinie - Bau und Betrieb von Übergabestationen zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz


• Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz

Andere Richtlinien, technische Regeln und Empfehlungen sind nur dann im Sinne des NAV § 20 bindend, wenn auf sie in den Technischen Anschlussbedingungen im Sinne ihrer Anwendbarkeit verwiesen wird und sie somit Bestandteil der Technischen Anschlussbedingungen sind. Dies können sein:


• VdEW-Richtlinie: Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz 


• VdEW-Richtlinie: Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz 


• FGW: Richtlinien der Fördergesellschaft Windenergie e.V. (FGW-Richtlinien)


• VDN: D-A-CH-CZ Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen

Die in den genannten Dokumenten enthaltenen Aussagen zu Netzrückwirkungen und zur Spannungsqualität werden nachfolgend vorgestellt und bewertet.

 


2 Transmission Code - Verband der Netzbetreiber


Im Transmission Code, herausgegeben vom Verband der Netzbetreiber Stand August 2003, sind lediglich allgemeine Aussagen über Netzrückwirkungen und den Netzanschluss von Erzeugungsanlagen enthalten. In Kapitel 2.2, Abs. 9 wird dazu auf die technische Regeln des VDN verwiesen: D-A-CH-CZ Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen.


3 Technische Anschlussbedingungen TAB 


Die technischen Anschlussbedingungen der Netzbetreiber orientieren sich alle an den vom Verband der Elektrizitätswerke VdEW herausgegebenen Richtlinien für den Anschluss an das Niederspannungsnetz bzw. zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz.


3.1 Bau und Betrieb von Übergabestationen zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz


Aussagen zur Spannungsqualität sind in Kapitel 9 enthalten. Dort wird unter Punkt 9.1 
"Rückwirkungen auf das EVU-Netz" (heute: Netz des VNB) die allgemeine Forderung aus dem EnWG und der NAV wiederholt: 
"… Einrichtungen des Kunden sind so zu planen, zu bauen und zu betreiben, dass Rückwirkungen auf das Netz des EVU und die Anlagen anderer Kunden auf ein zulässiges Maß begrenzt werden. 
… Richtwerte für zulässige Netzrückwirkungen sind in der VDE-Druckschrift (gemeint ist die VdEW-Druckschrift) "Grundsätze für die Beurteilung von Netzrückwirkungen" festgelegt. Daraus sind im folgenden wesentliche Zusammenhänge aufgeführt."
Aufgelistet werden dann einige Anforderungen an

  • 
Spannungsänderungen 
Einzelne Änderung: É¢u ≤ 2 % Un 
häufige Änderungen: É¢u ≤ 2 % Un bei 18 min-1 (Flickerrelevanz) 
• Oberschwingungen 
Allgemeine Aussagen wie: Zulässige Oberschwingungsströme abhängig von der Leistung 
Empfehlung: OS-Erzeuger nur dann, wenn technisch erforderlich, also möglichst nicht bei Erwärmungsanlagen
  • 
Zwischenharmonischer Hinweis auf Erzeugung durch Zwischenkreis- und Direktumrichter, Begrenzung auf 0,1 % Un, wenn deren Frequenz gleich der Rundsteuerfrequenz ist
  • 
Spannungsunsymmetrien 
Empfehlung: Puns ≤ 0,7 % Sk,VP am Verknüpfungspunkt 
Ansonsten wird auf die in Normen angegebenen Werte verwiesen. 


 

3.2 Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz

Aussagen zu Netzrückwirkungen und zur Spannungsqualität finden sich in Kapitel 5 und 10 nur in soweit, als auf Normen verwiesen wird. Insbesondere sind DIN IEC 60038 (VDE 0175) und DIN EN 50160 explizit erwähnt. Weiterhin finden sich in Kapitel 10 Hinweise auf die im EMVG enthaltenen Regelungen. Ansonsten wird auf die VDEW-Richtlinien zur Bewertung von Netzrückwirkungen und Normen, wie z. B. DIN EN 61000-3 (VDE 0838) verwiesen. 


4 Richtlinien der Fördergesellschaft Windenergie e. V. (FGW-Richtlinien) 


Die FGW-Richtlinien sind von einer Interessengemeinschaft (zur Förderung der Windenergie) herausgegebene Handlungsanleitungen mit sieben Teilen, die laufend aktualisiert werden.


1. Bestimmung der Schallemissionswerte (Stand: Juli 2006) 


2. Bestimmung von Leistungskurve und standardisierter Energieerträge (Stand: März 2004) 


3. Bestimmung der elektrischen Eigenschaften (Stand: März 2006) 


4. Bestimmung der Netzanschlussgrößen (Stand: November 2006) 


5. Bestimmung des Referenzenergieertrages (Stand: Juli 2005) 


6. 60 % Referenzertrag-Nachweis (Stand: November 2006) 


7. Instandhaltung von Windparks (Stand: Juni 2006)


Die FGW-Richtlinien haben nur dann bindenden Charakter, wenn Sie in Normen, Verordnungen oder technischen Anschlussbedingungen als verbindlich erwähnt werden. Im Zusammenhang mit Netzrückwirkungen ist Teil 3 "Bestimmung der elektrischen Eigenschaften" von Interesse. 
Aussagen zu Netzrückwirkungen, insbesondere zu Messung und Bewertung, finden sich in Teil 3.4 "Messung und Auswertungen" so wie Anforderungen an die Messgenauigkeit und die Auswertung von Flicker, Oberschwingungen und Zwischenharmonischen. Einige Abweichungen von DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) sind vorhanden. So bezieht sich die Genauigkeit der OS-Messungen in Abschnitt 3.4 der FGW-Richtlinie Teil 3 auf den Bemessungsstrom, DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) bezieht die Genauigkeit auf den Nennstrom des Messgerätes. In DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) wird eine Mittelung der Oberschwingungsmessungen über 10 Netzperioden gefordert. Die FGW-Richtlinie Teil 3 erlaubt die Mittelung der Oberschwingungsmessungen über 4 bis 16 Netzperioden 
Teil 3.5 "Dokumentation der Messergebnisse" macht ebenfalls einige Aussagen zu Netzrückwirkungen, insbesondere werden Empfehlungen für die Auswertung und Darstellung der Messergebnisse für Flicker, Oberschwingungen und Zwischenharmonische gegeben. Hinsichtlich der Grenzwerte für die Oberschwingungsstöraussendung wird auf die VDEW-Richtlinie "Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz" verwiesen. Letztendlich wird im Anhang C der FGW-Richtlinie Teil 3 empfohlen, für die Bewertung von Netzrückwirkungen die Netzimpedanz unter Berücksichtigung der Netzresonanzen zu berücksichtigen.


5 VDEW-Richtlinien 


Die beiden VDEW-Richtlinien über Erzeugungsanlagen sind zur Zeit in Überarbeitung. Die erwähnten Aussagen sind daher u. U. nicht aktuell. 


5.1 Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz


In der Richtlinie sowie in den Ergänzungen der Richtlinie durch die Versorgungsnetzbetreiber (VNB) finden sich detaillierte Angaben über die zulässige Blindleistung bzw. den Leistungsfaktor (gemeint ist hier der Grundschwingungsleistungsfaktor), die Notwendigkeit für geregelte Kompensation bei stark schwankender Leistung, Hinweise auf mögliche unzulässige Beeinflussung von TFR-Systemen sowie Hinweise auf mögliche Maßnahmen zur Begrenzung von Oberschwingungen bei Vorhandensein einer Kompensationsanlage. Detailliert wird die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Spannungsanhebung, der Erhöhung des Kurzschlussstromes, schaltbedingter Spannungsänderungen, Flicker, Oberschwingungen und
Zwischenharmonischen geschildert. Anwendungsbeispiele ergänzen die Darstellung. Die in der Richtlinie erläuterte Vorgehensweise zielt auf die Einhaltung der in DIN EN 50160 genannten Werte ab, basiert jedoch z. B. bei der Bewertung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen auf Überschlagsrechnungen, deren Gültigkeit nicht in jedem Fall, insbesondere nicht bei Netzresonanzen, gegeben ist. 


5.2 Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz


Die Richtlinie wird ergänzt durch ein Merkblatt zur VDEW-Richtlinie vom März 2004 und ergänzende Hinweise zur VDEW-Richtlinie vom September 2005. Detailliert wird die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Spannungsanhebung, der Erhöhung des Kurzschlussstromes, schaltbedingter Spannungsänderungen, Flicker, Oberschwingungen und Zwischenharmonischen geschildert. Anwendungsbeispiele ergänzen die Darstellung. Die in der Richtlinie erläuterte Vorgehensweise zielt auf die Einhaltung der in DIN EN 50160 genannten Werte ab, basiert jedoch z. B. bei der Bewertung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen auf Überschlagsrechnungen, deren Gültigkeit nicht in jedem Fall, insbesondere nicht bei Netzresonanzen, gegeben ist. 
Beide Richtlinien verweisen für die Bewertung von Netzrückwirkungen auf die vom VDEW herausgegebenen "Grundsätze für die Beurteilung von Netzrückwirkungen", wobei sinngemäß heute die vom VDN herausgegebenen "Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen" anzuwenden sind. 
6 VDN Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen.


Die Technischen Regeln stellen eine 4-Länder-Vereinbarung (Deutschland, Österreich, Schweiz, Tschechische Republik) dar. Sie ist derzeit in der zweiten, erweiterten Auflage verfügbar. Das Konzept der Koordination der Störaussendung in der "VDN-Technische Regeln" basiert im Wesentlichen auf den existierenden Verträglichkeitspegeln und den Werten der DIN EN 50160, die an allen Übergabestellen zu Anlagen von Netzbenutzern eingehalten werden müssen. Zusätzlich sind die Normen der Reihe DIN EN 61000-3 zu berücksichtigen. 
Das Einhalten der gültigen Normen reicht im Allgemeinen jedoch nicht aus, einen Anschluss in allen Fällen als zulässig zu beurteilen. Die Zustimmung durch den Netzbetreiber hängt zusätzlich auch von einer Beurteilung der im Netz bereits vorhandenen Störgrößen und der gegebenen Lastbedingungen im Netz ab. 
Die "VDN-Technische Regeln" geben derzeit nur Kriterien für den Anschluss von Anlagen an das öffentliche Nieder- und Mittelspannungsnetz vor. Für das Hochspannungsnetz werden keine Angaben gemacht. Die Festlegung von Anschlusskriterien an das Hochspannungsnetz erfordern eine differenziertere Beurteilung der Netzverhältnisse - insbesondere möglicher Resonanzen. Für die Störkoordination ist dann die Einführung von Planungspegeln erforderlich. Die "VDN-Technische Regeln" geht derzeit ausschließlich von den Verträglichkeitspegeln aus. 
Alle Arten von Netzrückwirkungen sind am Verknüpfungspunkt zu beurteilen. 
Die "VDN-Technische Regeln" sind in 10 Kapiteln unterteilt. 


1. Netzrückwirkungen, Elektromagnetische Verträglichkeit und Spannungsqualität 


2. Begriffe und Definitionen 


3. Kurzschlussleistung 


4. Spannungsänderungen und Flicker 


5. Spannungsunsymmetrie 
 6. Oberschwingungen 


7. Kommutierungseinbrüche 


8. Zwischenharmonische Spannungen 


9. Tonfrequenzrundsteuerungen (TRA) - Beeinflussungen 
10. Erzeugungsanlagen.


Quelle: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schlabbach, Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, Fachhochschule Bielefeld

Netzintegration mittels HVDC Light – eine nachhaltige Lösung
Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Raphael Görner
Die Windkraft ist heute eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Ende 2008 betrug die weltweit installierte Leistung insgesamt rund 121 GW bei einem Offshore-Anteil von nur 1,5 GW. In den kommenden fünf Jahren wird allerdings ein Anstieg von über 1 GW pro Jahr erwartet, wovon der größte Teil auf etwa 100 in Europa geplante Offshore-Windparks entfällt. Da viele dieser Anlagen recht weit von der Küste entfernt in einer extrem rauen Umgebung entstehen, sind bei deren Konstruktion, Bau und Betrieb besondere Fertigkeiten gefragt. Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Windenergiebranche verfügt ABB über umfassende Kenntnisse sowohl im Bereich der Windenergieanlagen als auch der Stromnetze. Auf der Basis dieses Wissens hat das Unternehmen ein detailliertes Konzept zur Anbindung eines der größten und am weitesten von der Küste entfernten Offshore-Windparks der Welt an das deutsche Stromnetz entwickelt. Zum ersten Mal kommt dabei die innovative und umweltfreundliche HVDC Light®-Technologie in einer solchen Anwendung zum Einsatz.

Auch die Vorgehensweisen beim Anschluss und dem Betrieb von Erzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energiequellen erfordern spezielles Know-how. Der Anschluss von Anlagen in Mittel- und... mehr erfahren »
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Auch die Vorgehensweisen beim Anschluss und dem Betrieb von Erzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energiequellen erfordern spezielles Know-how. Der Anschluss von Anlagen in Mittel- und Niederspannungsnetzen kann Auswirkungen auf Rundsteueranlagen und Blindleistungskompensation haben.

Die rechtlichen Grundlagen für Normen, Richtlinien und Regeln im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit und damit für die Spannungsqualität sind auf EU-Ebene durch die Richtlinie 89/336/EWG des Rates vom 03. Mai 1989 (Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über die elektromagnetische Verträglichkeit) sowie weiterer Richtlinien zum Thema geschaffen worden. Auf nationaler Ebene legt das Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG) vom 18. September 1998 die Rechtsgrundlage für die Behandlung der elektromagnetischen Verträglichkeit und die Anwendung der nationalen Normen. Das EMVG wurde als Umsetzung der EU-Richtlinie 2004/108/EG (EMV-Richtlinie) vom 15. Dezember 2004 geändert und tritt als Neufassung am 10. Juli 2007 in Kraft. In EMVG §3 Abs. (2) heißt es, "Das Einhalten der Schutzanforderungen wird vermutet für Geräte, die übereinstimmen … mit den auf das jeweilige Gerät anwendbaren harmonisierten europäischen Normen,… diese Normen werden in DIN VDE Normen umgesetzt und ihre Fundstellen..."

Im Gesetz über die Energie- und Gasversorgung (Energiewirtschaftsgesetz EnWG) vom 07. Juli 2005, zuletzt geändert am 09. Dezember 2006, wird in §49 Abs. (1) und Abs. (2) eine ähnliche Formulierung gewählt.


(1) "Energieanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass die technische Sicherheit gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger Rechtsvorschriften die allgemein anerkannten Regeln der Technik zu beachten."


(2) "Die Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik wird vermutet, wenn bei Anlagen zur Erzeugung, Fortleitung und Abgabe von … Elektrizität die technischen Regeln des Verbandes Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. … eingehalten worden sind. 
Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien können nach EnWG §49 Abs.

(4) davon abweichend behandelt werden."
"Das Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit kann, soweit Anlagen zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien im Sinne der Erneuerbare-Energien-Gesetzes betroffen sind im Einvernehmen mit dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Rechtsverordnungen mit Zustimmung des Bundesrates über Anforderungen an die technische Sicherheit von Energieanlagen erlassen." 
Die detaillierte Ausgestaltung der Anschlussbedingungen ergibt sich für Betreiber von Elektrizitätsversorgungsnetzen aus EnWG §15 Abs. (1) 
"Betreiber von Elektrizitätsversorgungsnetzen sind verpflichtet … für den Netzanschluss von Erzeugungsanlagen, Elektrizitätsverteilernetzen, Anlagen direkt angeschlossener Kunden … technische Mindestanforderungen an deren Auslegung und deren Betrieb festzulegen und im Internet zu veröffentlichen." 
Weiter heißt es in EnWG §15 Abs. (3) "Die technischen Mindestanforderungen … müssen die Interoperabilität der Netze sicherstellen sowie sachlich gerechtfertigt und nichtdiskriminierend sein. Die Interoperabilität umfasst insbesondere die technischen Anschlussbedingungen…" 
Neben den erwähnten Gesetzen existiert eine Vielzahl von Erlassen und Verordnungen, von denen hier nur zwei erwähnt werden sollen.

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Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Elektrizitätsversorgung von Tarifkunden (AVBEltV) Stand: 09. Dezember 2004
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Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung für die Elektrizitätsversorgung in Niederspannung (NAV) Stand: 01. November 2006

In AVBEltV § 3 Abs. (2) heißt es "Vor der Errichtung einer Eigenanlage hat der Kunde dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen Mitteilung zu machen. Der Kunde hat durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, dass von seiner Eigenanlage keine schädlichen Rückwirkungen in das öffentliche Elektriziätsversorgungsnetz möglich sind."


Die NAV gilt an Stelle der AVBEltV für alle Anschlussverhältnisse, die nach dem 12. Juli 2005 geschlossen wurden. NAV §13 Abs. (2) legt fest: "Unzulässige Rückwirkungen der Anlage sind auszuschließen. Um dies zu gewährleisten, darf die Anlage nur nach den Vorschriften dieser Verordnung, nach anderen anzuwendenden Rechtsvorschriften und behördlichen Bestimmungen sowie nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik errichtet, erweitert, geändert und instandgehalten werden."


In Bezug auf die allgemein anerkannten Regeln der Technik wird auf §49 Abs. (2) Nr. 1 des Energiewirtschaftsgesetzes verwiesen.


Aussagen bezüglich Netzrückwirkungen werden in NAV §19 getroffen."

(1) Anlage und Verbrauchsgeräte sind … so zu betreiben, dass Störungen … ausgeschlossen sind. 


(2) Erweiterungen und Änderungen ... sind dem Netzbetreiber mitzuteilen, soweit … mit Netzrückwirkungen zu rechnen ist. Nähere Einzelheiten über den Inhalt der Mitteilung kann der Netzbetreiber regeln.


(3) … Der Anschlussnehmer … hat durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, dass von seiner Eigenanlage keine schädlichen Rückwirkungen in das Elektrizitätsversorgungsnetz möglich sind. …" 


Das Recht und die Notwendigkeit zur Festlegung von technischen Anschlussbedingungen sind in NAV §20 festgelegt. 


"Der Netzbetreiber ist berechtigt, in Form von technischen Anschlussbedingungen weitere technische Anforderungen an den Netzanschluss und andere Anlagenteile sowie an den Betrieb der Anlage einschließlich der Eigenanlage festzulegen, … Diese Anforderungen müssen den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. …" 
Aufbauend auf den rechtlichen Randbedingungen und Forderungen werden die Festlegungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Spannungsqualität seitens der Versorgungsnetzbetreiber definiert in:



• Transmission Code, Verband der Netzbetreiber 


• Technische Richtlinie - Bau und Betrieb von Übergabestationen zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz


• Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz

Andere Richtlinien, technische Regeln und Empfehlungen sind nur dann im Sinne des NAV § 20 bindend, wenn auf sie in den Technischen Anschlussbedingungen im Sinne ihrer Anwendbarkeit verwiesen wird und sie somit Bestandteil der Technischen Anschlussbedingungen sind. Dies können sein:


• VdEW-Richtlinie: Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz 


• VdEW-Richtlinie: Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz 


• FGW: Richtlinien der Fördergesellschaft Windenergie e.V. (FGW-Richtlinien)


• VDN: D-A-CH-CZ Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen

Die in den genannten Dokumenten enthaltenen Aussagen zu Netzrückwirkungen und zur Spannungsqualität werden nachfolgend vorgestellt und bewertet.

 


2 Transmission Code - Verband der Netzbetreiber


Im Transmission Code, herausgegeben vom Verband der Netzbetreiber Stand August 2003, sind lediglich allgemeine Aussagen über Netzrückwirkungen und den Netzanschluss von Erzeugungsanlagen enthalten. In Kapitel 2.2, Abs. 9 wird dazu auf die technische Regeln des VDN verwiesen: D-A-CH-CZ Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen.


3 Technische Anschlussbedingungen TAB 


Die technischen Anschlussbedingungen der Netzbetreiber orientieren sich alle an den vom Verband der Elektrizitätswerke VdEW herausgegebenen Richtlinien für den Anschluss an das Niederspannungsnetz bzw. zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz.


3.1 Bau und Betrieb von Übergabestationen zur Versorgung von Kunden aus dem Mittelspannungsnetz


Aussagen zur Spannungsqualität sind in Kapitel 9 enthalten. Dort wird unter Punkt 9.1 
"Rückwirkungen auf das EVU-Netz" (heute: Netz des VNB) die allgemeine Forderung aus dem EnWG und der NAV wiederholt: 
"… Einrichtungen des Kunden sind so zu planen, zu bauen und zu betreiben, dass Rückwirkungen auf das Netz des EVU und die Anlagen anderer Kunden auf ein zulässiges Maß begrenzt werden. 
… Richtwerte für zulässige Netzrückwirkungen sind in der VDE-Druckschrift (gemeint ist die VdEW-Druckschrift) "Grundsätze für die Beurteilung von Netzrückwirkungen" festgelegt. Daraus sind im folgenden wesentliche Zusammenhänge aufgeführt."
Aufgelistet werden dann einige Anforderungen an

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Spannungsänderungen 
Einzelne Änderung: É¢u ≤ 2 % Un 
häufige Änderungen: É¢u ≤ 2 % Un bei 18 min-1 (Flickerrelevanz) 
• Oberschwingungen 
Allgemeine Aussagen wie: Zulässige Oberschwingungsströme abhängig von der Leistung 
Empfehlung: OS-Erzeuger nur dann, wenn technisch erforderlich, also möglichst nicht bei Erwärmungsanlagen
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Zwischenharmonischer Hinweis auf Erzeugung durch Zwischenkreis- und Direktumrichter, Begrenzung auf 0,1 % Un, wenn deren Frequenz gleich der Rundsteuerfrequenz ist
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Spannungsunsymmetrien 
Empfehlung: Puns ≤ 0,7 % Sk,VP am Verknüpfungspunkt 
Ansonsten wird auf die in Normen angegebenen Werte verwiesen. 


 

3.2 Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz

Aussagen zu Netzrückwirkungen und zur Spannungsqualität finden sich in Kapitel 5 und 10 nur in soweit, als auf Normen verwiesen wird. Insbesondere sind DIN IEC 60038 (VDE 0175) und DIN EN 50160 explizit erwähnt. Weiterhin finden sich in Kapitel 10 Hinweise auf die im EMVG enthaltenen Regelungen. Ansonsten wird auf die VDEW-Richtlinien zur Bewertung von Netzrückwirkungen und Normen, wie z. B. DIN EN 61000-3 (VDE 0838) verwiesen. 


4 Richtlinien der Fördergesellschaft Windenergie e. V. (FGW-Richtlinien) 


Die FGW-Richtlinien sind von einer Interessengemeinschaft (zur Förderung der Windenergie) herausgegebene Handlungsanleitungen mit sieben Teilen, die laufend aktualisiert werden.


1. Bestimmung der Schallemissionswerte (Stand: Juli 2006) 


2. Bestimmung von Leistungskurve und standardisierter Energieerträge (Stand: März 2004) 


3. Bestimmung der elektrischen Eigenschaften (Stand: März 2006) 


4. Bestimmung der Netzanschlussgrößen (Stand: November 2006) 


5. Bestimmung des Referenzenergieertrages (Stand: Juli 2005) 


6. 60 % Referenzertrag-Nachweis (Stand: November 2006) 


7. Instandhaltung von Windparks (Stand: Juni 2006)


Die FGW-Richtlinien haben nur dann bindenden Charakter, wenn Sie in Normen, Verordnungen oder technischen Anschlussbedingungen als verbindlich erwähnt werden. Im Zusammenhang mit Netzrückwirkungen ist Teil 3 "Bestimmung der elektrischen Eigenschaften" von Interesse. 
Aussagen zu Netzrückwirkungen, insbesondere zu Messung und Bewertung, finden sich in Teil 3.4 "Messung und Auswertungen" so wie Anforderungen an die Messgenauigkeit und die Auswertung von Flicker, Oberschwingungen und Zwischenharmonischen. Einige Abweichungen von DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) sind vorhanden. So bezieht sich die Genauigkeit der OS-Messungen in Abschnitt 3.4 der FGW-Richtlinie Teil 3 auf den Bemessungsstrom, DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) bezieht die Genauigkeit auf den Nennstrom des Messgerätes. In DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) wird eine Mittelung der Oberschwingungsmessungen über 10 Netzperioden gefordert. Die FGW-Richtlinie Teil 3 erlaubt die Mittelung der Oberschwingungsmessungen über 4 bis 16 Netzperioden 
Teil 3.5 "Dokumentation der Messergebnisse" macht ebenfalls einige Aussagen zu Netzrückwirkungen, insbesondere werden Empfehlungen für die Auswertung und Darstellung der Messergebnisse für Flicker, Oberschwingungen und Zwischenharmonische gegeben. Hinsichtlich der Grenzwerte für die Oberschwingungsstöraussendung wird auf die VDEW-Richtlinie "Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz" verwiesen. Letztendlich wird im Anhang C der FGW-Richtlinie Teil 3 empfohlen, für die Bewertung von Netzrückwirkungen die Netzimpedanz unter Berücksichtigung der Netzresonanzen zu berücksichtigen.


5 VDEW-Richtlinien 


Die beiden VDEW-Richtlinien über Erzeugungsanlagen sind zur Zeit in Überarbeitung. Die erwähnten Aussagen sind daher u. U. nicht aktuell. 


5.1 Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz


In der Richtlinie sowie in den Ergänzungen der Richtlinie durch die Versorgungsnetzbetreiber (VNB) finden sich detaillierte Angaben über die zulässige Blindleistung bzw. den Leistungsfaktor (gemeint ist hier der Grundschwingungsleistungsfaktor), die Notwendigkeit für geregelte Kompensation bei stark schwankender Leistung, Hinweise auf mögliche unzulässige Beeinflussung von TFR-Systemen sowie Hinweise auf mögliche Maßnahmen zur Begrenzung von Oberschwingungen bei Vorhandensein einer Kompensationsanlage. Detailliert wird die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Spannungsanhebung, der Erhöhung des Kurzschlussstromes, schaltbedingter Spannungsänderungen, Flicker, Oberschwingungen und
Zwischenharmonischen geschildert. Anwendungsbeispiele ergänzen die Darstellung. Die in der Richtlinie erläuterte Vorgehensweise zielt auf die Einhaltung der in DIN EN 50160 genannten Werte ab, basiert jedoch z. B. bei der Bewertung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen auf Überschlagsrechnungen, deren Gültigkeit nicht in jedem Fall, insbesondere nicht bei Netzresonanzen, gegeben ist. 


5.2 Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz


Die Richtlinie wird ergänzt durch ein Merkblatt zur VDEW-Richtlinie vom März 2004 und ergänzende Hinweise zur VDEW-Richtlinie vom September 2005. Detailliert wird die Vorgehensweise bei der Bestimmung der Spannungsanhebung, der Erhöhung des Kurzschlussstromes, schaltbedingter Spannungsänderungen, Flicker, Oberschwingungen und Zwischenharmonischen geschildert. Anwendungsbeispiele ergänzen die Darstellung. Die in der Richtlinie erläuterte Vorgehensweise zielt auf die Einhaltung der in DIN EN 50160 genannten Werte ab, basiert jedoch z. B. bei der Bewertung von Oberschwingungen und Zwischenharmonischen auf Überschlagsrechnungen, deren Gültigkeit nicht in jedem Fall, insbesondere nicht bei Netzresonanzen, gegeben ist. 
Beide Richtlinien verweisen für die Bewertung von Netzrückwirkungen auf die vom VDEW herausgegebenen "Grundsätze für die Beurteilung von Netzrückwirkungen", wobei sinngemäß heute die vom VDN herausgegebenen "Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen" anzuwenden sind. 
6 VDN Technische Regeln zur Beurteilung von Netzrückwirkungen.


Die Technischen Regeln stellen eine 4-Länder-Vereinbarung (Deutschland, Österreich, Schweiz, Tschechische Republik) dar. Sie ist derzeit in der zweiten, erweiterten Auflage verfügbar. Das Konzept der Koordination der Störaussendung in der "VDN-Technische Regeln" basiert im Wesentlichen auf den existierenden Verträglichkeitspegeln und den Werten der DIN EN 50160, die an allen Übergabestellen zu Anlagen von Netzbenutzern eingehalten werden müssen. Zusätzlich sind die Normen der Reihe DIN EN 61000-3 zu berücksichtigen. 
Das Einhalten der gültigen Normen reicht im Allgemeinen jedoch nicht aus, einen Anschluss in allen Fällen als zulässig zu beurteilen. Die Zustimmung durch den Netzbetreiber hängt zusätzlich auch von einer Beurteilung der im Netz bereits vorhandenen Störgrößen und der gegebenen Lastbedingungen im Netz ab. 
Die "VDN-Technische Regeln" geben derzeit nur Kriterien für den Anschluss von Anlagen an das öffentliche Nieder- und Mittelspannungsnetz vor. Für das Hochspannungsnetz werden keine Angaben gemacht. Die Festlegung von Anschlusskriterien an das Hochspannungsnetz erfordern eine differenziertere Beurteilung der Netzverhältnisse - insbesondere möglicher Resonanzen. Für die Störkoordination ist dann die Einführung von Planungspegeln erforderlich. Die "VDN-Technische Regeln" geht derzeit ausschließlich von den Verträglichkeitspegeln aus. 
Alle Arten von Netzrückwirkungen sind am Verknüpfungspunkt zu beurteilen. 
Die "VDN-Technische Regeln" sind in 10 Kapiteln unterteilt. 


1. Netzrückwirkungen, Elektromagnetische Verträglichkeit und Spannungsqualität 


2. Begriffe und Definitionen 


3. Kurzschlussleistung 


4. Spannungsänderungen und Flicker 


5. Spannungsunsymmetrie 
 6. Oberschwingungen 


7. Kommutierungseinbrüche 


8. Zwischenharmonische Spannungen 


9. Tonfrequenzrundsteuerungen (TRA) - Beeinflussungen 
10. Erzeugungsanlagen.


Quelle: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schlabbach, Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, Fachhochschule Bielefeld

Netzintegration mittels HVDC Light – eine nachhaltige Lösung
Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Raphael Görner
Die Windkraft ist heute eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Ende 2008 betrug die weltweit installierte Leistung insgesamt rund 121 GW bei einem Offshore-Anteil von nur 1,5 GW. In den kommenden fünf Jahren wird allerdings ein Anstieg von über 1 GW pro Jahr erwartet, wovon der größte Teil auf etwa 100 in Europa geplante Offshore-Windparks entfällt. Da viele dieser Anlagen recht weit von der Küste entfernt in einer extrem rauen Umgebung entstehen, sind bei deren Konstruktion, Bau und Betrieb besondere Fertigkeiten gefragt. Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Windenergiebranche verfügt ABB über umfassende Kenntnisse sowohl im Bereich der Windenergieanlagen als auch der Stromnetze. Auf der Basis dieses Wissens hat das Unternehmen ein detailliertes Konzept zur Anbindung eines der größten und am weitesten von der Küste entfernten Offshore-Windparks der Welt an das deutsche Stromnetz entwickelt. Zum ersten Mal kommt dabei die innovative und umweltfreundliche HVDC Light®-Technologie in einer solchen Anwendung zum Einsatz.

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