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ePaper created 2014-07-11, 15:49:18 | version 1.32.00
S C H W E R P U N K T28 Interaktive Anwendung zur räumlichen und elektrischen Analyse des Stromnetzes als Grundlage zur Nutzung erneuerbarer Energien Dieser Artikel befasst sich mit der Entwicklung einer GIS-basierten Ap- plikation für die Standortwahl von Freiluftstromleitungen. Da die Ein- speisung der aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windanlagen stammenden Energie in das bestehende Stromnetz weltweit immer kri- tischer wird, werden neue Stromleitungen benötigt. Die Planung von solchen neuen Stromleitungen muss oft verschiedenen sozialen und landschaftlichen Problemen gerecht werden, die die Planung und den nachfolgenden Bau behindern können. Aufgrund dieser Randbedin- gungen kann die Planungsdauer von neuen Stromnetzen einige weni- ge Monate bis mehrere Jahre betragen. Unterstützung zur Stromnetzplanung Das Ziel unserer Arbeit ist die Entwicklung einer automatisierten GIS- basierten Anwendung, um den geeigneten Pfad neuer Stromleitungen zwischen zwei Punkten zu definieren (» Abbildung 1). Die zwei ausgewähl- ten Punkte können entweder bestimmte Umspannwerke des Stromnet- zes oder eine Wind- oder Solarenergieanlage und ein Umspannwerk sein. Da die elektrischen Eigenschaften der neuen Einbindung eine Wirkung auf das bestehende Stromnetz haben, muss die Stabilität des Stromnetzes analysiert werden: Deshalb wird eine Software zur Power System Analysis mit der oben erwähnten Anwendung verknüpft, um die komplette Analyse auszuführen. Um den praktischen Nutzen und die Vorteile dieser Anwendung bewerten zu können, sind in Zusammenar- beit mit einem Schweizer Stromnetzbetreiber konkrete Beispiele analy- siert worden. Der Netzbetreiber musste einige alte Stromleitungen er- neuern, die vor mehr als 60 Jahren gebaut wurden. Da sich entlang der bestehenden Freiluftstromleitungen diverse neue Schutzgebiete und zahlreiche neue Siedlungen befinden, wurden alternative Streckenfüh- rungen evaluiert. Interaktivität der Anwendung Die neue interaktive Anwendung verwendet als Input verschiedene Geodaten in Raster- und Vektorformat, die die Landschaft charakterisie- ren, sie ist in fünf verschiedene Kategorien unterteilt: Schutzgebiete, Primärfläche, Gefahrengebiete, lineare Infrastrukturen und Topografie. Bei einer bestimmten Oberfläche werden Pufferzonen und Gewichte nach den gültigen Ordnungen und Gesetzen auf alle Geodaten ange- wendet (» Abbildung 2), um die geeigneten Flächen zum Aufbau der neu- en Stromleitungslinien zu definieren. Die Pufferzonen dienen dazu, den Abstand von verbotenen Gebieten festzulegen, während die Gewichte den Angemessenheitsgrad (von sehr geeignet bis verboten) einer be- stimmten Fläche festsetzen. In dieser multi-kriteriellen Analyse werden die zu berücksichtigenden Faktoren, ihre Bewertung und relative Ge- wichtung in Zusammenarbeit mit dem Stromproduzenten und dem Netzbetreiber definiert. Die resultierende Kostenoberfläche (» Abbildung 3) dient als Grundlage für die Bestimmung des günstigsten Pfads vom Ausgangs- zum Zielpunkt der zu planenden Stromleitung. Der Benut- zer kann persönliche Präferenzen angeben und mithilfe der Bewer- tungs- und Gewichtungsregler definieren, welche Faktoren bei der Standortwahl der Stromleitung günstig und ungünstig sind. Am Schluss dieses Prozesses werden die zwei am besten geeigneten Korridore auf der Karte dargestellt, die die günstigsten Zellen der Kostenoberfläche unterhalb zweier benutzerdefinierter Werte hervorheben. Auf diese Weise können hindernisfreie Flächen definiert werden. In Absprache mit dem Stromnetzbetreiber wurden für unsere Studien die 5-Prozent- und 2-Prozent-Werte ausgewählt (» Abbildung 4). Die 5-Prozent- respektive 2-Prozent-Korridore enthalten diejenigen Zellen (und daher Pfade), die entsprechend unterhalb des höchsten Werts (und daher des Pfads) der Kostenoberfläche liegen. Als weitere Option kann der Anwender eine Sichtbarkeitsanalyse der resultierenden Strecke ausführen (» Abbildung 5). „Elektrischer“ Mehrwert der Anwendung Nach der Festlegung der optimierten Strecke werden die elektrischen Eigenschaften berechnet. Die als Input der elektrischen Analyse benö- tigten Daten müssen vom Netzbetreiber – in ArcGIS Format umgewan- delt – geliefert werden, inklusive der Umspannwerke, Mittel- und Tief- spannungslinien. Bei der neu entwickelten Oberfläche werden der Ausgangs- und Zielpunkt importiert, der Benutzer legt die elektrischen Parameter fest (» Abbildung 6). Der aus der Applikation resultierende Bericht beschreibt die elektri- schen und technischen Eigenschaften der neuen Stromleitung. Der für die gesamte Berechnung des Vorgehens notwendige Zeitaufwand re- duziert sich für die zwei Evaluationen auf zehn Minuten und erlaubt da- her dem Benutzer, die Durchführbarkeit eines Projekts sehr schnell zu überprüfen. Fazit Mit dieser neuartigen Anwendung kann der Netzbetreiber mit beträcht- licher Zeitersparnis folgende Analysen ausführen: · Bestimmung des optimierten Pfads der neuen Stromleitungslinie und der entsprechenden am besten geeigneten Korridore · Sichtbarkeitsanalyse der Stromleitung vor der Landschaft · Berechnung der elektrischen und technischen Eigenschaften der neuen Einbindung ETH Zürich Institut für Kartografie und Geoinformation Departement Bau, Umwelt und Geomatik Stefano Grassi, Patricia Moll, Martin Raubal ++ Optimierung der Strecke zur STROMNETZEINBINDUNG