Entwicklung von Guidelines für den Einsatz von modularen Unterwerken in der Schweiz – am Beispiel des Bahnstrom-, des Übertragungs- und eines Verteilnetzes
Entwicklung von Guidelines für den Einsatz von modularen Unterwerken in der Schweiz – am Beispiel des Bahnstrom-, des Übertragungs- und eines Verteilnetzes
Die Stromversorgung ist eine kritische Infrastruktur und die Unterwerke sind ein wichtiger
Teil davon. Sie sind die Schnittstelle zwischen den verschiedenen Netzebenen, an welchen die
Endabnehmer angeschlossen sind. In dieser Arbeit wird untersucht, ob und unter welchen
Bedingungen der Einsatz von modularen Anlagenteilen sinnvoll ist. Die Betrachtung erfolgt
am Beispiel des Bahnstromnetzes der SBB mit über 80 Unterwerken. Alle Zwischenresultate
werden jeweils auf Gültigkeit im Übertragungsnetz der Swissgrid und im Verteilnetz der
Axpo geprüft. Dadurch können die Resultate verallgemeinert und mögliche Unterschiede
zwischen den Netzen aufgezeigt werden.
Im ersten Teil der Arbeit wird auf die Grundlagen der Stromversorgung, den Aufbau und die
Modularisierung von Unterwerken eingegangen. Danach werden die Rahmenbedingungen
untersucht und die zu bewertenden Cases und die Kriterien definiert. Diese werden durch
Experten im Rahmen eines Analytic Hierarchy Process (AHP) gewichtet und in einer
multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA) bewertet. Basierend auf der Bewertung und
deren Sensitivitäten werden Guidelines für den Einsatz von modularen Anlagen(-teilen)
erarbeitet.
Es zeigt sich, dass sich der Einsatz als fixer Bestandteil eines Unterwerks, insbesondere
wegen Kostenreduktionen und einer Erhöhung der Versorgungssicherheit, lohnt. Möglich ist der beliebig kombinierbare Einsatz im Bahnstrom- und im Verteilnetz, aufgrund der
Spannung jedoch nicht für AIS-Anlagen im Übertragungsnetz.
Der Einsatz als Provisorium während Umbauten lohnt sich insbesondere wegen der Erhöhung
der Versorgungssicherheit. Sinnvoll ist der Einsatz nur mit MTS- oder GIS-Anlagen im
Bahnstrom- und Übertragungsnetz, nicht aber im Verteilnetz. Weiter sind die Module als
Provisorium nicht beliebig kombinierbar und es braucht eine Mindestgrösse des Portfolios für
eine akzeptable Wirtschaftlichkeit.
Es konnten die Grundlagen für einen strategischen Entscheid zur Nutzung von modularen
Unterwerken klar dargestellt werden. Es wird empfohlen, im nächsten Schritt modulare
Anlagen zu pilotieren: zuerst im Einsatz als Provisorium und danach als fixer Bestandteil
eines Unterwerks. Mit diesen Pilotprojekten können die Bewertungen validiert werden. Diese
Resultate sollten in der Folge wiederum unter den Netzbetreibern geteilt werden.
The power supply is a critical infrastructure and the substations are an important part of it.
They are the interface between the different grid levels to which the end users are connected.
This paper examines whether and under what conditions the use of modular substation
components makes sense.
The analysis is based on the SBB traction power grid with over 80 substations. The validity of
all interim results is individually verified in the transmission grid of Swissgrid and in the
distribution grid of Axpo. This enables the results to be generalised and possible differences
between the grids to be highlighted.
In the first part of the paper, the basics of power supply, the structure and modularisation of
substations are discussed. Thereafter, the framework conditions are examined and the cases to
be evaluated and criteria are defined. These are weighted by experts within the framework of
an Analytic Hierarchy Process and evaluated in a multi-criteria decision analysis (MCDA).
Based on the evaluation and its sensitivities, guidelines for the use of modular substations are
developed.
It has been shown that the use of a substation as a fixed component is worthwhile, especially
due to cost reductions and an increase in security of supply. It can be used in any combination
in the traction power and distribution grid, but not for AIS-based systems in the transmission
grid due to the voltage. The use as a temporary solution during construction work in the substation is particularly
worthwhile because of the increase in security of supply. It only makes sense to use them with
MTS or GIS systems in the traction power and transmission grid, but not in the distribution
grid. Furthermore, the modules cannot be combined at will as a temporary solution and a
minimum size of the portfolio is required for acceptable economic efficiency.
The basis for a strategic decision on the use of modular substations could be clearly presented.
In the next step it is recommended to pilot modular substations: first in use as a temporary
measure and then as a fixed component of a substation. This will allow the evaluations to be
validated, which should then again be shared among the grid operators.