Dirigenten im Orchester – Neue Taktgeber im Stromnetz

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1. Dirigenten im Orchester – Neue Taktgeber im Stromnetz Florian Dörfler
3. Das Ziel ist klar … … der Weg nicht ! heute Nachhaltigkeit 19. Jahrhundert: Geburt des Stroms
4. Der Stromkrieg ~ 1890 Matterhorn, Switzerland
5. Elektrische Energieübertragung AC vs. DC Übertragung Lasten Erzeugung thermisches Kraftwerk AC oder DC Elektrizität ändert Richtung vor & zurück AC Wechselstrom Zeit DC Gleichstrom Elektrizität fließt in eine Richtung Zeit
6. Woher kommt der AC Wechselstrom nochmal? Synchrongenerator • Primärquelle erzeugt Rotationsenergie • Rotor im magnetischen Feld induziert AC Ströme AC Übertragung AC Lasten Erzeugung thermisches Kraftwerk AC Erzeugung Rotationsenergie AC Wechselspannung Alles -- alle Komponenten & die gesamte Operation eines Stromnetzes -- basiert auf Tesla‘s AC Technologie … bis heute!
7. Konventionelles Stromnetz thermisches Kraftwerk thermisches Kraftwerk Lasten industrielle Lasten Wasserkraftwerk Haushalt Verbraucher AC Übertragung Transformatoren
8. Clevere analoge Physik hält das Netz zusammen 1) Stabile synchronisierung aller Synchrongeneratoren 2) Synchrone Frequenz = Erzeugung - Last 3) Träge Masse der Rotoren absorbiert alle Fluktuationen
9. Das Ziel ist klar … … der Weg nicht ! heute Nachhaltigkeit neue Technologien 19. Jahrhundert: Geburt des Stroms
10. Stromnetze der Zukunft: erneuerbar Thermisches Kraftwerk Wasserkraft (variable Drehzahl) Elektronische Lasten AC Übertragung neue Lasten zB E-Autos Photovoltaik Windkraft Hochspannung DC Übertragung Smart Transformator & elektronisch
11. Was macht die Leistungelektronik eigentlich ? Wechselrichter • Primärquelle erzeugt DC Strom • Schnelles schalten produziert AC Strom AC DC DC AC SOLAR Übertragung Solar Erzeugung Elektroauto Wechsel- richter Wechsel- richter Verhalten basiert auf cleverer Regelung der Elektronik & nicht auf analoger Physik! DC AC
12. Top arm voltage Trade-offs bei alten & neuen Technologien Synchrongenerator Wechselrichter ⊕ stabile & robuste Synchronisierung ⊕ Schwungrad dämpft Fluktuationen ⊖ digital & keine stabilisierende Physik ⊕ vollständing programmierbar AC AC AC SOLAR DC DC A
13. Was sehen wir hier? Hz *10 sec BEWAG UCTE
14. Anschluss von West Berlin an Europa Hz *10 sec BEWAG UCTE December 7, 1994 vorher: Inselnetz mit Batterien & Leistungselektronik nacher: konventionelles Netz mit Generatoren Quelle: Energie-Museum Berlin
15. Heute können wir doch alle Probleme lösen, oder ? Weltweite Ausfälle aufgrund von Windparkschwingungen UPDATE REPORT ! BLACK SYSTEM EVENT IN SOUTH AUSTRALIA ON 28 SEPTEMBER 2016 AN UPDATE TO THE PRELIMINARY OPERATING INCIDENT REPORT FOR THE NATIONAL ELECTRICITY MARKET. Wiederholte große Ausfälle in Australien Spanien & Portugal 28-29 April 2025 die Leistungselektronik hätte helfen können ? China Texas England
16. Das Ziel ist klar … … der Weg nicht ! heute Nachhaltigkeit neue Technologien 19. Jahrhundert: Geburt des Stroms Regelungstechnik Feedback: nichts ist so praktisch wie eine gute Theorie!
17. lange Stromleitung Die heutigen Wechselrichter folgen dem Netz folge der Netzfrequenz & speise Strom ein Erneuerbare Quelle mit netzfolgenden Wechselrichter Last schwieriger zu folgen … Meine Frequenz ist 50Hz Verstanden! Wir setzen unsere Frequenz auf 50Hz Meine Frequenz ist 50Hz Hast du 15Hz gesagt? Hallo? … und wenn alle folgen, wer gibt dann den Takt an? Netz mit Synchrongenerator gibt die Netzfrequenz vor Wechselrichter folgt der Netzfrequenz welchen von konventionellen Generatoren abhängt
18. pplication in all power systems indicating the potential need r other solutions. them two d suffic sourc suppl stora Wir müssen das Netz bilden, nicht ihm folgen other solutions. other solutions. two suf sou sup sto AC SOLAR DC DC application in all po for other solutions. 100% netzbildend 0% netzfolgend netzfolgend Last 75% netzbildend 25% netzfolgend 25% netzbildend 75% netzfolgend 0% netzbildend 100% netzfolgend netzbildend netzbildend
19. Feedback Regelung um Netzbildung zu realisieren “die Welt verstehen” “die Welt verändern” Aktuation Messung Regelungs- algorithmus AC SOLAR DC DC application in all power systems indicating the po for other solutions. netzbildend
20. Robuste netzbildende Synchronisierung Wie programmiere ich synchronisierende Elektronik ? … als Oszillatoren, die sich via Strom synchronisieren Kopplung duch Schwingungen Regelungs- algorithmus Regelungs- algorithmus Strom Kopplung “überraschende Sympathie” [1665] Christiaan Huygens
21. Das Ziel ist klar … … der Weg nicht ! heute Nachhaltigkeit neue Technologien 19. Jahrhundert: Geburt des Stroms Regelungstechnik Feedback: nichts ist so praktisch wie eine gute Theorie! Optimierung
22. Solarstrom stabilisiert durch Feedbackoptimierung Photovoltaik Schweiz (Quelle: Swissolar) 🤔 Super! … aber variabel & überlastet das Netz! Watt d’Or Preis 2024 Optimierung Kommunikation
23. Das Ziel ist klar … … der Weg nicht ! heute Nachhaltigkeit neue Technologien 19. Jahrhundert: Geburt des Stroms Regelungstechnik Feedback: nichts ist so praktisch wie eine gute Theorie! Optimierung Künstliche Intelligenz
24. In der Praxis müssen wir uns auf KI verlassen Stromnetz In der Praxis eine black box vor ½ Jahr: KI Regelung eines 100kW Wechselrichter wir sind auf Daten & KI angewiesen! Wechselrichter Energiequelle Regelungs- algorithmus 80% des kompletten Leistungs- bereichs Wirkleistung Blindleistung
25. Das Ziel ist klar … … der Weg nicht ! heute Nachhaltigkeit neue Technologien 19. Jahrhundert: Geburt des Stroms Regelungstechnik Feedback: nichts ist so praktisch wie eine gute Theorie! Optimierung Künstliche Intelligenz Umsetzung: Märkte, Standards, … & Wille! Menschen
26. Was noch viel wichtiger ist als die Forschung Verantwortung: wir bilden die nächste Generation von Führungskräften aus! Team @ ETH Zürich Ashesi @ Ghana
27. Danke! Und vergessen Sie nicht… Leistung ist nichts ohne Regelung