Untangling the Power Grid

Today, at least a fifth of the world’s electricity is produced by renewable energy, motivated by unprecedented drops in production costs and developments in technology such as resilient, high-capacity storage batteries. Meanwhile, innovative approaches to renewable energy infrastructures, such as growing crops beneath solar panels to farm food provide added incentives to switch to renewables. But how does energy from those solar farms arrive at our homes? How is electricity from renewable sources discerned from traditional sources such as fossil fuels or nuclear power? To answer these questions, we need to take a closer look at the ubiquitous power lines, transmission towers, and generators that we call the grid. The power grid can be divided into four sub-categories: generation, transmission, distribution, and utilization of electricity. The first step is generation: electricity is produced historically at large-scale hydrocarbon (coal, petroleum, and natural gas) or nuclear power plants, though in recent years production has been augmented by wind and solar farms. In the transmission phase, electricity is moved, often across vast distances, from generators to distributors. Depending on how the energy market is set up in your country, distribution and retail might go hand-in-hand. But at its core, distribution is about the movement of electricity from transmission networks to consumer networks, while retail deals with billing and interacting with consumers themselves. For the scope of this post, we’ll be focusing mostly on the transmission and distribution stages.

Monitoring und Analyse in elektrischen Energienetzen

monitiring&analyse

Mit dem Fortschreiten der Energiewende steigt die Zahl der Verbraucher, die gleichzeitig dezentral Strom aus Wind- und Sonnenenergie produzieren. Sie ersetzen immer größere Teile der Erzeugungskapazität, übernehmen aber nur begrenzt netzdienliche Aufgaben wie das Stabilisieren der Spannung und das Bereitstellen von Regelenergie. Smart Grids sollen diese Aufgaben künftig übernehmen. Grundlage für deren Konzeption und Steuerung sind präzise Systemmodelle und hoch aufgelöste Messdaten aus dem laufenden Netzbetrieb. Für diese Aufgabe haben Elektrotechniker des KIT den EDR entwickelt. Der EDR – Electrical Data Recorder –  zeichnet Netzspannung und Lastströme punktgenau, hoch aufgelöst und lückenlos auf. Bei zunehmender Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien durch dezentrale Erzeuger kann er dazu beitragen, eine tiefere Einsicht in die realen Systemvorgänge zu erhalten. Mit einer messdatengetriebenen Modellierung von Netzsegmenten und Betriebsmitteln lässt sich die Qualität von Simulationen erhöhen, was auch die zuverlässige Steuerung zukünftiger intelligenter Netze ermöglicht.

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