1. Das herkömmliche Stromnetzdesign ist für den verteilten Energiezugang in großem Maßstab nicht geeignet
Beispiel
Das traditionelle Stromnetzdesign basiert hauptsächlich auf zentralisierten Kraftwerken, die den Verbrauchern Strom liefern, während sich das Verteilungsnetz mit der groß angelegten Integration dezentraler Erzeugung (DG) wie Solarphotovoltaik (PV), Windenergie usw. schrittweise verändert hat einem unidirektionalen passiven Netzwerk zu einem bidirektionalen aktiven Netzwerk. Diese Änderung erschwert es den herkömmlichen Entwurfs- und Planungsmethoden für Stromnetze, neuen Anforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise kam es in Shandong, Henan und anderen Orten aufgrund der schnellen Wachstumsrate der installierten dezentralen Photovoltaikkapazität in einigen regionalen Stromnetzen zu einem umgekehrten Phänomen der starken Überlastung, d. h. während der Spitzenzeit der Photovoltaik-Stromerzeugung wird übermäßig viel Strom gesendet von der Niederspannungsseite auf die Hochspannungsseite zurück, was zusätzlichen Druck auf das Stromnetz bringt.
2. Die Verteilungsnetzplanung muss sich hin zu einer probabilistischen Planung mit mehreren Szenarien verlagern
Beispiel
Mit dem zunehmenden Anteil dezentraler neuer Energie ist auch die Unsicherheit im Verteilungsnetz stark gestiegen. Um diese Unsicherheiten und Zufälligkeiten besser bewältigen zu können, muss die Verteilungsnetzplanung von der traditionellen deterministischen Planung zur probabilistischen Planung übergehen, die mehrere Szenarien berücksichtigt. Dabei geht es nicht nur darum, die Leistung des Stromnetzes unter statischen Bedingungen zu bewerten, sondern auch die dynamische Reaktion unter verschiedenen Wetterbedingungen, Lastmustern und anderen Faktoren zu simulieren. Beispielsweise definieren die Richtlinien zur Bewertung der Belastbarkeit verteilter Stromquellen, die an Stromnetze angeschlossen sind, verschiedene Bewertungskriterien für die Belastbarkeit von Verteilungsnetzen und erfordern mehrere Tests wie die Berechnung der thermischen Stabilität und die Überprüfung der Spannungsabweichung, um den sicheren Betrieb der zu gewährleisten Stromnetz.
3. Das System funktioniert auf komplexe Weise, was eine Anpassung an den Bau neuer Energiesysteme erschwert
Beispiel
Die Hinzufügung dezentraler neuer Energie hat die ursprüngliche Struktur des Energiesystems verändert und den Systembetrieb komplexer gemacht. Insbesondere bei hohen Penetrationsraten ist das traditionelle Planungsmodell „Source Load Dynamic“ nicht mehr anwendbar und wird durch ein komplexeres „Source Load Interaction“ ersetzt. Dies erfordert eine höhere Flexibilität des Stromnetzes, um sich an sich schnell ändernde Arbeitsbedingungen anpassen zu können. Wenn beispielsweise in einigen Regionen eine große Anzahl verteilter Photovoltaikanlagen gleichzeitig erzeugt werden, kann es zu Problemen wie einer hohen lokalen Netzspannung oder einer instabilen Frequenz kommen, die die Stabilität des gesamten Systems beeinträchtigen.
4. Herausforderungen bei der Spannungs- und Frequenzregelung
Beispiel
Nach der Integration dezentraler Photovoltaik steigt insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung die Spannung am Ende des Verteilnetzes über den zulässigen Bereich hinaus an und beeinträchtigt dadurch die Zuverlässigkeit der Stromversorgung und die Qualität der elektrischen Energie. Darüber hinaus stellt die intermittierende und schwankende DG-Ausgabe auch eine Gefahr für die Frequenzstabilität des Systems dar. Daher wird häufig intelligente Wechselrichtertechnologie eingesetzt, um das Spannungsniveau durch Anpassung der Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig müssen fortschrittliche Spannungskontrollstrategien wie Geräte zur Blindleistungskompensation (RPC) eingeführt werden, um den normalen Betrieb des Stromnetzes sicherzustellen.
5. Probleme mit Rückwärtsüberlastung und Klemmenüberspannung
Beispiel
Der dezentrale Photovoltaik-Zugang ist häufig auf bestimmte Gebiete konzentriert, insbesondere in ländlichen oder vorstädtischen Gebieten von Städten, was zu erheblichen Trendumkehrphänomenen in der Region führen kann – überschüssiger Strom während des Tages fließt zurück zum übergeordneten Umspannwerk entlang der Zuleitung. Wenn dieser Teil der Leistung die vorgesehene Kapazität der Leitung überschreitet, kommt es zu einer sogenannten „Rückwärtsüberlastung“. Darüber hinaus steigt die Spannung für Endverbraucher, die weit von der Stromquelle entfernt sind, aufgrund des zusätzlichen Stroms, der von der Photovoltaikanlage erzeugt wird, erheblich an, wodurch eine „Klemmenüberspannung“ entsteht, die ein potenzielles Risiko für die Gerätesicherheit darstellt.
6. Schwierigkeiten bei der Lastprognose und -planung
Beispiel
Eines der Hauptprobleme derzeit ist die Schwierigkeit, neue Energie vorherzusagen, zu steuern und zu planen. Die Leistung dezentraler Stromquellen hängt von natürlichen Bedingungen wie der Intensität des Sonnenlichts und der Windgeschwindigkeit ab, die schwer genau vorherzusagen sind. Daher können bestehende Lastprognosemethoden den tatsächlichen Beitrag der DG nicht genau erfassen, was sich wiederum auf die Gesamtplanungseffizienz des Stromnetzes auswirkt. Um dieses Problem anzugehen, untersuchen Forscher den Einsatz neuer Technologien wie Big-Data-Analyse und maschineller Lernalgorithmen, um genauere DG- und Wettervorhersagemodelle zu entwickeln.
7. Wirtschaftsmodell und finanzielle Unterstützung
Beispiel
Das Investitions- und Betriebsmodell dezentraler Energiesysteme ist noch nicht ausgereift, da es an langfristig stabilen finanziellen Unterstützungs- und Renditemechanismen mangelt. Einerseits sind die anfänglichen Baukosten relativ hoch, einschließlich der Anschaffung der Ausrüstung, der Installation und Inbetriebnahme sowie der anschließenden Wartungskosten; Andererseits sind Anleger aufgrund von Änderungen in Richtlinien und Vorschriften sowie dem rasanten technologischen Fortschritt mit erheblichen Marktrisiken konfrontiert. Die Regierung sollte entsprechende Maßnahmen einführen, um das Sozialkapital zum Eintritt in diesen Bereich zu ermutigen, und ein angemessenes Einkommensverteilungssystem einrichten, um die nachhaltige Entwicklung von Projekten sicherzustellen.
8. Management- und Überwachungstechnologie
Beispiel
Die Technologie zur Verwaltung und Überwachung großer dezentraler Energiesysteme ist noch nicht ausgereift genug. Da immer mehr kleine Stromerzeugungseinheiten an das Netz angeschlossen sind, ist es zu einem dringend zu lösenden Problem geworden, Daten effektiv zu sammeln, den Status in Echtzeit zu überwachen und rechtzeitig zu reagieren. Derzeit gibt es zwar erste Versuche, beispielsweise die Implementierung einer Fernsteuerung auf Basis von Internet-of-Things-Plattformen (IoT), aber insgesamt steckt sie noch in den Kinderschuhen. In Zukunft sind weitere Forschung und Entwicklung relevanter Technologien und Werkzeuge erforderlich, um die betriebliche Effizienz und Sicherheit des Systems zu verbessern.
9. Technische Standards und Interoperabilität
Beispiel
Derzeit gibt es in der Branche keinen einheitlichen Standard für den dezentralen Energiezugang und es gibt Kompatibilitätsprobleme zwischen Produkten verschiedener Hersteller. Dadurch kann es auch innerhalb desselben Landes zu Inkonsistenzen bei den Schnittstellen kommen, was die Projektumsetzung erschwert. Daher ist es notwendig, einen vollständigen Satz nationaler und sogar internationaler Standards zu entwickeln, um den DG-Zugriffsprozess und die technischen Parameter zu standardisieren und eine nahtlose Integration zwischen verschiedenen Komponenten zu fördern.
