Institut für Regenerative EnergieSysteme - IRES

Labor und Forschung


Komplexlabor Alternative Energien - KAE

Zentrales Forschungslabor des Instituts ist das bereits 1995 gegründete Komplexlabor Alternative Energien (KAE). Das Labor wird für Praktika der Studiengänge Elektrotechnik, Regenerative Energien - Elektroenergiesysteme, Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen genutzt.
Es bietet die gerätetechnische Basis für anspruchsvolle Forschungsprojekte und studentischen Bachelor-, Master-, Diplom- und PhD-Arbeiten.

Im Bereich der anwendungsorientierten Forschung besteht die Möglichkeit, stand-alone-Systeme im Bereich der regenerativen Energien experimentell zu untersuchen. Schwerpunkte stellen hierbei die Nutzung der Bioenergie und der Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungs-kraftmaschinen, Brennstoffzellen und katalytischen Brennern als auch seine Erzeugung durch Elektrolyse dar. Die vorhandene Datenbasis gestattet Simulationsrechnungen zu energetischen Wasserstoffanwendungen.

Ein SMART GRID LAB realisiert die Verknüpfung von Energieerzeugern, Energieverbrauchern und Energiespeicher in einem schnell regelbaren Netz mit einer frei programmierbaren SPS zur intelligenten Steuerung der Energieflüsse. Es besteht die Möglichkeit als reines Inselnetz oder netzgekoppeltes Teilnetz zu fungieren. Schnittstellen in der Steuerung ermöglichen die Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen und die Erfassung von Messdaten.

Die mit der Schaltanlage zum SMART GRID LAB verknüpften Anlagen sind:

Erzeugersysteme:

  • Windkraftanlage: 30 kWel
  • Gasmotor-BHKW 40 kWel
  • PV-Anlage: 10 kWel (derzeit nur Netzanbindung)
  • Stirlingmotor-BHKW 9 kWel
  • ORC-Anlage: 4 kWel (geplant)

Verbrauchersysteme::

  • Alkalischer Druckelektrolyseur 20 kWel
  • Elektrische Last 100 kWel
  • Elektrische Last 21 kWel (geplant 61 kWel)

Speichersysteme:

  • Batteriespeicher 20kWel, 20KWh
  • Wasserstoff-Druckspeicher (600kWh) + Rückverstromung über Gasmotor-BHKW 40 kWel

Netzanbindung:

  • Bezug und Einspeisung sind möglich
  • Inselbetrieb ist möglich

Das SmartGrid steuert und verteilt die Energieflüsse innerhalb des Teilnetzes so, dass alle Komponenten innerhalb der Spezifikationen und mit höchstmöglichem Wirkungsgrad betrieben werden. Vorrang haben immer die regenerativen Energieerzeuger. An der Schnittstelle zum übergeordneten Netz wirkt das SmartGrid netzstützend und kann definiert Leistung abgeben oder aufnehmen. Weiterhin ist es schwarzstartfähig und kann dem übergeordnetem Netz Energie für den Neustart bereitzustellen.

Die SPS bietet die Möglichkeit zum Erstellen und Testen von innovativen Automatisierungslösungen für die zukünftigen, verstärkt dezentralen, Netzstrukturen. Die Datenschnittstelle liefert Messwerte und bietet die Möglichkeit zur Koppelung mit übergeordneten Steuerungen und Visualisierungen für Forschungsarbeiten.

Mit dem SMART GRID LAB sind Untersuchungen zur Zusammenschaltung von Einzelkomponenten, Gradientensteuerung eines regionalen bzw. Inselnetzes sowie zur Schwarzstartfähigkeit möglich. Ebenso können das Umschalten zwischen den Betriebsarten ohne Versorgungsunterbrechung erprobt sowie Tests verschiedener Funktionen in den jeweiligen Betriebsarten (Netzparallelbetrieb und Inselbetrieb) durchgeführt werden.

Die ermittelten grundlegenden Daten dienen der Hochskalierung auf Großsysteme im realen Betrieb. Besonderer Fokus liegt auf dem Einfluss der volatilen Einspeisung von Wind- und PV-Anlagen auf die Netze. Zukünftig müssen diese Teilsysteme sicher und hochdynamisch unter Einbeziehung von lokalen Speichern im Verteil-/ Einsammelnetz als auch Großspeichern bei der Sicherung der Netzstabilität sowohl in kleineren Netzbereichen / z.T. sogar reinen Inselnetzen, im regionalen Verbund bzw. natürlich im Übertragungsnetz zusammenwirken.