VO Energienetze

Umgesetzte Maßnahme

Ziele

Im Rahmen des Vollstudiums der industriellen Energietechnik an der Montanuniversität Leoben war bis zum Sommersemester 2016 keine Ausbildung im Bereich der Energie-Infrastruktursysteme etabliert. Ziel war es eine Lehrveranstaltung aufzubauen, die sich nicht nur mit einer Energieform beschäftigt, wie es sonst der Fall ist,vielmehr sollten die drei Energieträger Strom, Gas und Wärme gesamtheitlich betrachtet werden.

Beschreibung

Die Lehrveranstaltung "Energienetze", die im 2. Semester der Masterprogramms des Studiums "Industrielle Energietechnik" abgehalten wird, beschäftigt sich mit der Energieübertragungs und Energieverteilungsinfrastruktur der Energieträger Strom, Gas und Wärme. Aufgrund der Herausforderungen der Energiewende ist es wichtig geworden, Energieträger nicht mehr solitär zu betrachten sondern sie gesamtheitlich zu betrachten. Eine solche Herangehensweise ist in der österreichischen Unilandschaft einzigartig und nur im Ökosystem der Montanuniversität möglich. Das Studium der "industriellen Energietechnik" sprengt die normalerweise vorliegenden Fakultätsgrenzen, die energieträgerübergreifenden Betrachtungen sonst sehr erschweren. Durch den speziellen Zugang, die Energietechnik als Querschnittsmaterie der traditionellen Disziplinen des Maschinenbaus, der Elektrotechnik sowie der Verfahrenstechnik zu betrachten, nehmen die Student/innen ihr Gebiet anders wahr. Ein Beispiel dafür sind Ansätze, die heute in der Forschung behandelt werden, wie beispielsweise Power to Gas. Nur wenn Energienetze energieträgerübergreifend betrachtet werden, können die speziellen Aspekte der Speicherung überschüssiger elektrischer Energie in Gasnetzen vollinhaltlich verstanden werden.

Auf Basis der in der Kurzzusammenfassung dargestellten Übersicht, ist die Lehrveranstaltung so aufgebaut, dass zunächst das Themenfeld der Elektrischen Netze bearbeitet wird. Dabei wird der Aufbau des elektrischen Versorgungssystems, die Netzregelung, die Fehler- und Schutztechnik sowie Gleichstromtechnik im Wechselstromnetz erläutert und mit Netzberechnungen untermauert. Inhaltlich wird das Kapitel dadurch abgerundet, dass die Grundlagen der Elektrizitätswirtschaft durchgenommen werden Da die elektrischen Netze im Vergleich zu den Gas- und Wärmenetzen weitaus komplexer aufgebaut sind (es wird neben Wirkleistung auch Blindleistung übertragen), wird rund 50% der Vorlesungszeit für diesen Teil der Lehrveranstaltung benötigt. Um den Studierenden auch die praktischen Aspekte der Netzplanung und des Netzbetriebs näherzubringen, wird der Teil der elektrischen Netze durch einen Vortrag eines Experten von einem großen Energieversorgungsunternehmen unterstützt. Zudem wird ein großes Umspannwerk zwischen Übertragungs- und Verteilernetz besucht.

 

Nach den elektrischen Netzen werden Gasnetze behandelt. Solche Netze sind hinsichtlich ihrer Topologie den elektrischen Netzen durchaus ähnlich. Didaktisch ist es also sinnvoll, sie im Anschluss an die elektrischen Netze durchzunehmen. Schwerpunkte diese Teils der Vorlesung sind die Aufbau der Europäischen Versorgungsstruktur, Gastechnische Anlagen sowie die Europäische und Österreichische Gaswirtschaft. Eine Besonderheit des Erdgases ist seine einfache Speicherbarkeit. Auf diesen Punkt wird sehr detailliert eingegangen.

 

Anschließend wird der Themenkreis der Wärmenetze behandelt. Neben den Grundlagen des Netzaufbaus und der Netzauslegung wird der Netzbetrieb unterschiedlicher Netzsysteme (Dampf- und Heißwassernetze, urban und rural) behandelt. Wärmenetze sind dann besonders wirtschaftlich, wenn ihre Netzverluste gering sind. Es wird im Detail erklärt, welche Maßnahmen angewendet werden können, um dies zu erreichen. Zudem wird erläutert wie mit Hilfe geeigneter Speichersysteme sowohl Leistungsspitzen abgefedert, als auch Erneuerbare Energien eingebracht werden können. Analog zur Vorgehensweise bei den Strom- und Gasnetzen werden wirtschaftliche Besonderheiten bei der Vermarktung von leitungsgebundenen Wärmeenergiedienstleistungen erläutert.

 

Eine Besonderheit der Vorlesung "Energienetze" ist die Verbindung der drei Energienetze in Form von hybriden Netzsystemen. Solche hybriden Netze werden im Rahmen der Energiewende an Bedeutung gewinnen. Durch die verstärkte Integration von Photovoltaik und Windenergie in die elektrischen Netze, wird es in Zukunft Zeiten geben, in denen mehr Energie als benötigt erzeugt wird. Umgekehrt wird es z.B. in der Nacht und im Winter sehr oft sogenannte Unterdeckungen geben - im Netz wird weniger produziert als verbraucht. Lösung dafür: Speicher. Da elektrische Energie direkt nur begrenzt gespeichert werden kann, muss über einen sogenannten Energieknoten eine Umwandlung in die anderen Energieträger (Wärme oder Gas) durchgeführt werden, soll eine hohe Effizienz der Speicherung, bzw. lange Speicherdauern erreicht werden. In der Vorlesung werden Konzepte für solche hybriden Netze im Detail analysiert, bzw. erklärt wie Erneuerbare aus netztechnischer Sicht so eingebunden werden können, dass die heutige Versorgungssicherheit unter Einhaltung von volkswirtschaftlich gesunden Infrastrukturkosten aufrechterhalten werden kann.

 

Der in der Vorlesung diskutierte, hybride Ansatz wird durch aktuelle Forschungsergebnisse untermauert, welche mit dem am Institut vorhandenen Energieknoten erarbeitet werden. Den Studierenden wird daher neben dem Stand der Technik Cutting Edge Technologie vermittelt.

Positionierung des Lehrangebots

Master, Semester 2

Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2017 nominiert.