Regelbare Ortsnetztransformatoren

Unter Spannung

Der Süden Deutschlands setzt auf die Sonne. Allein im Versorgungsgebiet der E.ON-Tochter Bayernwerk stehen bereits 250.000 Photovoltaikanlagen. Eine Herausforderung für Sebastian Schmidt und seine Kollegen, die sich um den Netzausbau kümmern.

Wer in Bayern auf dem Lande unterwegs ist, kann sie überall sehen – zwischen hoch gewachsenen Hopfenfeldern und in den vielen kleinen Dörfern. Sie liegen auf Hausdächern, auf Scheunen und bedecken die Felder in großen Anlagen. Während im Norden Deutschlands vielerorts Windräder das Landschaftsbild bestimmen, sind es hier die Photovoltaikanlagen, auch PV-Anlagen genannt. Im Bereich des größten Netzbetreibers des Landes, der E.ON-Tochter Bayernwerk, stehen mittlerweile 250.000 Anlagen, die den Strom aus dem Sonnenlicht holen. Ihre Maximalleistung summiert sich auf 5,3 Gigawatt – das entspricht ungefähr neun modernen Steinkohle-Kraftwerken. Etwa die Hälfte des Strombedarfs im Bayernwerk-Versorgungsgebiet wird schon heute regenerativ erzeugt. An besonders sonnigen Tagen, wenn die PV-Anlagen mehr Strom erzeugen, als vor Ort verbraucht wird, muss überschüssiger Strom über höhere Netzebenen sogar abtransportiert werden.

Regelbare Ortsnetztransformatoren

Sebastian Schmidt hatte bereits eine Ausbildung beim Bayernwerk absolviert, als er nach seinem Studium der Elektrotechnik, Schwerpunkt Energieversorgung, gerade zur Zeit der aufkommenden Energiewende zurückkehrte. „Die Energiewende ist für einen Netzbetreiber eine besondere Herausforderung“, sagt Schmidt, der sich heute in der Abteilung Asset Management Grundsatzaufgaben unter anderem mit dem Einsatz neuer Betriebsmittel beschäftigt. „Hier kann ich mein Wissen in der Praxis zur Geltung bringen. Das macht mir bei meiner Arbeit am meisten Spaß.“

Die Herausforderung liegt vor allem darin, dass die Stromnetze auf eine dezentrale Erzeugung nicht ausgelegt sind. Sie stammen aus einer Zeit, als wenige Großkraftwerke Strom ins Hochspannungsnetz einspeisten. Von dort wird der Strom über Umspannwerke ins Mittelspannungsnetz geleitet und dann über lokale Ortsnetztransformatoren in das 400-Volt-Netz, an dem alle Haushalte hängen. Den umgekehrten Weg geht aber der Solarstrom, eingespeist wird er im Netz des Bayernwerks überwiegend ins Niederspannungsnetz. Die konventionellen Ortsnetztransformatoren haben jedoch ein festes Übersetzungsverhältnis und können nicht auf Schwankungen reagieren. Im schlimmsten Fall, wenn an sonnigen Tagen zu viel Strom eingespeist würde, müsste der Überspannungsschutz die PV-Anlagen abschalten. „Diese Situation gilt es zu vermeiden“, betont Schmidt.

Regelbare Ortsnetztransformatoren

Der Ausbau der Netze ist deswegen das Gebot der Stunde. Aber wie setzt man das effizient und praktikabel um? Gibt es Alternativen zum aufwändigen Verlegen neuer Kabel und dem Bau neuer Ortsnetzstationen? Um diese Frage zu beantworten, wurde 2010 beim Bayernwerk das Projekt „Netz der Zukunft – Seebach“ in einem Versorgungsbereich bei Deggendorf mit besonders hoher Solareinspeisung initiiert. Bei rund 300 Projektteilnehmern wurden rund 600 spezielle Zähler für Einspeisung und Bezug sowie rund 150 „Power Quality Messgeräte“ im Umspannwerk und in Ortsnetzstationen installiert. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse stimmte Schmidt im Jahr 2013 mit seinen Konzernkollegen eine einheitliche Spezifikation für einen regelbaren Ortsnetztransformator ab, die dann bei mehreren Herstellerfirmen in Auftrag gegeben wurde.

Die Idee dahinter ist eigentlich recht einfach: diese Trafos haben kein festes, sondern ein variables Übersetzungsverhältnis. Bei hohem Verbrauch und geringer Einspeisung sinkt die Spannung ab. Dies erkennt der Trafo und wählt zum Ausgleich ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis. Wenn der Verbrauch sinkt und die Einspeisung steigt, erhöht sich die Spannung – auch hier kann der Trafo gegensteuern, indem er das Übersetzungsverhältnis anhebt. Die Folge: Das bestehende Netz kann weitaus besser auf Schwankungen reagieren und damit kurzfristig mehr Solarstrom aufnehmen. „Regelbare Ortsnetztrafos können eine wichtige Ergänzung zum klassischen Netzausbau sein“, meint Schmidt. „Schließlich sind sie die erste, operativ in Serie eingesetzte Smart-Grid-Technologie.“ Schmidt und seine Kollegen werden sie brauchen. Denn auch wenn der Ausbau neuer PV-Anlagen derzeit langsamer verläuft als noch vor wenigen Jahren: der Zuwachs an dezentraler Einspeisung geht weiter.

Weitere Infos:

Autor: Laurin Paschek, Fotos: Matthias Haslauer