Stromnetz 2.0. Energiewende Herausforderungen für regionale Verteilnetze. Peter Wiacker. Stromnetz 2.0 Herausforderungen der Energiewende

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1 Stromnetz 2.0 Energiewende Herausforderungen für regionale Verteilnetze Peter Wiacker KVNetz Assetmanagement

2 KVNetz KEVAG Verteilnetz GmbH Stromnetz 2.0 Herausforderungen der Energiewende KEVAG Verteilnetz GmbH ist Betreiber eines regionalen Stromverteilnetzes in den Netzebenen Mittel- und Niederspannung und nimmt den operativen Netzbetrieb seit dem 01. Januar 2005 wahr (Unbundling nach EnWG). Gesellschaftsgegenstand sind Planung, Errichtung, Betrieb, Wartung, Ausbau, Erwerb, Vermarktung und Nutzung von Netzen und Verteilungssystemen für Strom. Zum Netzgebiet der KVNetz zählen heute 217 Städte und Gemeinden in der Region Rhein- Mosel-Westerwald. KVNetz ist eine 100-%-ige Beteiligung der KEVAG, die wiederum mit ihrer 125-jährigen Geschichte heute ein erfolgreiches, regional ausgerichtetes Dienstleistungsunternehmen mit den Geschäftsfeldern Stromvertrieb Stromerzeugung (regenerative Energien) Elektromobilität Verkehr (ÖPNV) und Telekommunikation darstellt

3 Ausgewählte Netzdaten der KVNetz zum Geografische Fläche km² Einwohner /20-kV-Umspannanlagen 13 20/0,4-kV-Transformatorenstationen davon eigene fremde 758 Netzlänge Mittelspannung Niederspannung eingespeiste Energie Jahreshöchstlast km km GWh 331 MW dezentrale Erzeugung 170 MW davon Wind (98) 87 MW Photovoltaik (3.516) 52 MW BHKW (100) 7 MW Wasser, Sonstige (38) 24 MW

4 Umwelt-Verantwortung der KVNetz Stromnetz 2.0 Herausforderungen der Energiewende TÜV-zertifiziertes Umweltmanagementsystem nach ISO 14001:2004 Technisches Sicherheitsmanagement nach VDN TSM S1000 Umweltschutz-Maßnahmen für Boden und Wasser Hochwasser-, Gewässer-, Landschafts-, Natur- und Vogelschutz als Prämissen bei Materialauswahl, Bauweisen, Netzplanung, Netzbau und Netzbetrieb Dezentrale Erzeugungsanlagen Sicherstellung der Netzintegration von dezentralen Erzeugungsanlagen» rd Anlagen speisen regenerative Energie in das KEVAG-Verteilnetz ein: Windkraft, Photovoltaik, Biomasse, Deponie-/Klärgas, Kraft-Wärme-Kopplung, Wasserkraft» Vergütungszahlung dez. Energieerzeugung in 2011: 32,5 Mio

5 Politische Zielsetzung: Anteil der Erneuerbaren an der Stromversorgung (bilanziell) Bilanzielle Energiemengen in Stromversorgungssystemen aus dezentralen Erzeugungsanlagen: Ziele des Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Energieziele Rheinland-Pfalz % % * % * % % % % * Region "KVNetz", Deutschland 20 %

6 Entwicklung dezentraler Erzeugung im KEVAG-Verteilnetz Entwicklung der installierten Leistung von dezentralen Erzeugungsanlagen nach Energiearten. Prognose bis zum Jahr Prognosestand Nov P Last, max = 331 MW Prognose ohne Berücksichtigung neuer Technologien (z. B. µ-bhkw)

7 Entwicklung dezentraler Erzeugung im KEVAG-Verteilnetz Entwicklung der installierten Leistung von dezentralen Erzeugungsanlagen nach Energiearten. Prognose bis zum Jahr Was sind Prognosen wert? Prognosestand Nov Info Jan. 2012: Windparks 25 MW, 90 MW P Last, max = 331 MW Info Dez. 2011, Jan. 2012: PV-Großanlagen 15 MW Prognose ohne Berücksichtigung neuer Technologien (z. B. µ-bhkw)

8 Rechtsrahmen im regulierten Netzgeschäft (Auswahl) NAV EnWG StromNZV EEG StromNEV BiomasseV EnLag BioAbfV MessZV BioSt-NachV ARegV BioSt-NachVwV StromGVV SDLWindV EltLastV HkNV EltLastVwV AusglMechV EinhV AusglMechAV EinhZeitG RES-LEGAL EO KWKG EichBeglKO UVPG EichG KAV SigV StromStG SigG StromStV technische Normen RL 2009/713/EG BGB RL 2009/72/EG GWB und Richtlinien RDV UWG RDGEG RDG LBO BImSchG LPlG BImSchV BNatSchG...!!! EnWG / Novellen

9 Naturwissenschaftliche vs. energiepolitische Gesetze Naturgesetze gelten ohne Ausnahme z. B. Ohmsches Gesetz Strom = Spannung Widerstand 375 kw 1,5 kw/haus, 250 Häuser/Trafostation Energiepolitische Vorgaben an Stromnetze z. B. Anschluss von Erzeugungsanlagen 5 (1) EEG "Bei [ ] Anlagen mit einer installierten Leistung von insgesamt bis zu 30 Kilowatt [ ] gilt der Verknüpfungspunkt des Grundstücks mit dem Netz als günstigster Verknüpfungspunkt." kw 375 kw 30 kw/haus, 250 EZA/Trafostation

10 Analogie: Aufbau von Wasserversorgungsnetzen Quelle: Mildenberger-Verlag

11 Energiefluss der letzten 100 Jahre: vom Großkraftwerk zum Kunden Großkraftwerke Volt-Übertragungsnetz Volt-Verteilungsnetz Industrie Volt-Verteilungsnetz KEVAG-Verteilnetz Gewerbe Industrie Wohnen 400-Volt-Verteilungsnetz

12 Technische Grundvoraussetzungen der Stromversorgung Ausgeglichene Energiebilanz: Energiebedarf = Energieerzeugung Überangebot an erzeugter Energie Rückspeisung in vorgelagerte Netze (Verteil-, Übertragungs- und Verbundnetze) Verletzung Netzqualität DIN EN (Spannung/Frequenz zu hoch) Abregelung von Erzeugungsanlagen (EEG-Einspeisemanagement) Ansprechen von Anlagen- und Netzschutzeinrichtungen mit vollständiger Netztrennung der Erzeugungsanlagen Brown-out, Black-out Unterangebot an erzeugter Energie Energiebezug aus vorgelagertem Netz Verletzung Netzqualität DIN EN (Spannung/Frequenz zu niedrig) Abwurf von Bezugsanlagen (EnWG-Lastmanagement) Ansprechen von Netzschutzeinrichtungen mit vollständiger Abtrennung von Netzteilen Brown-out, Black-out

13 Definierter Energiefluss der Vergangenheit: von der Quelle zur Senke Großkraftwerke Volt-Übertragungsnetz Volt-Verteilungsnetz Industrie Volt-Verteilungsnetz KEVAG-Verteilnetz Gewerbe Industrie Wohnen 400-Volt-Verteilungsnetz

14 Multidirektionale Energieflussrichtung infolge der Energiewende Energiemix dez. Erzeugung allg Volt-Übertragungsnetz Volt-Verteilungsnetz Industrie KEVAG-Verteilnetz Gewerbe Volt-Verteilungsnetz Industrie 400-Volt-Verteilungsnetz Wohnen

15 Multidirektionale Netzausbau/-verstärkung Energieflussrichtung zur Beherrschung infolge der Energiewende Systemsicherheit Energiemix dez. Erzeugung allg Volt-Übertragungsnetz Volt-Verteilungsnetz Industrie KEVAG-Verteilnetz Gewerbe Volt-Verteilungsnetz Industrie 400-Volt-Verteilungsnetz Wohnen

16 Projizierung der Energieziele auf das KEVAG-Verteilnetz (Abschätzung) Heute W Last, Ist = GWh W DEA, Ist = 270 GWh P PV = 52 MW (3.516 Anlagen) P Wind = 87 MW (98 Anlagen) Morgen (100 % dezentral)! W Last = W DEA W DEA, Soll = GWh P PV, Soll = 403 MW P Wind, Soll = 687 MW mit heute typischen Anlagendaten ergibt sich daraus: PV-Aufdachanlage 9 kwp ( 65 m²) 403 MW Anlagen oder m² (derzeitige Hausanschlüsse/Häuser: ) Windenergieanlage 2,5 MW (Flächenbedarf 0,2 km²) 687 MW 275 Anlagen oder 55 km² (Waldfläche in der Region KVNetz: 552 km²) geschätzte Kosten der Erweiterung der Ortsnetzinfrastrukturen 500 Mio. Kosten für Netzerweiterungen im Mittelspannungsnetz und für Umspannanlagen?

17 Windenergie im Netzgebiet der KVNetz (Stand Jan. 2012) Anlagenstandorte in Betrieb: Einzelanlagen 100 kw 2 MW Windparks bis 26 MW P = 87 MW Anlagenstandorte Planung/angefragt: P zus = 250 MW - ohne "SO Windenergienutzung" nach regionalen FNP - ohne Repowering Anlagenbedarf nach Abschätzung: P ges = 687 MW Photovoltaik: flächendeckend

18 Leistungskurven: Erzeugung (Windenergie) und Last Umspannanlage Höchstenbach Juni 2011 (I) P Wind, inst. = 34,2 MW windschwacher Monat

19 Leistungskurven: Erzeugung (Windenergie) und Last (II) Umspannanlage Höchstenbach Dezember 2011 P Wind, inst. = 34,2 MW windstarker Monat

20 Leistungskurven: Erzeugung (Windenergie) und Last (III) Umspannanlage Höchstenbach 24. Oktober 2011 P Wind, inst. = 34,2 MW windertragreichster Tag 2011

21 Leistungskurven: Erzeugung (Windenergie) und Last (IV) Umspannanlage Höchstenbach 23. November 2011 P Wind, inst. = 34,2 MW windertragärmster Tag 2011

22 Leistungskurven: Erzeugung (Windenergie) und Last (V) Umspannanlage Höchstenbach 01. Dezember 2011 P Wind, inst. = 34,2 MW zufällig ausgewählter, windertragsguter Tag 2011

23 Solare Einstrahlung in Deutschland Stromnetz 2.0 Herausforderungen der Energiewende Quelle: SMA Solar Technology AG

24 Zukunftsfähige Stromverteilnetze (I) Strom-Versorgungsnetze wurden historisch gesehen nicht zur Aufnahme (also "Entsorgung") dezentral erzeugter Energie aufgebaut. KVNetz hat derzeit keine Netzengpässe ausgewiesen. Der gesetzlich geforderten Integration von Erneuerbaren wird in vollem Umfang entsprochen.! Kapazitätsreserven aufgrund früherer Planungsprämissen (Elektrizitätsanwendungen) Planungsparameter infolge Energiewende nach heutigem Wissensstand angepasst 1. Gesamtwirtschaftlich effiziente Netzintegration von erneuerbaren Energien erfordert raumordnerische Vorgaben mit dem Ziel der Standortkonzentrationen größerer Erzeugungsanlagen (z. B. Windparks). 2. Die Zukunftsfähigkeit der Netze kann mit zwei technischen Ansätze ermöglicht werden: Klassischer Ansatz: Verstärkung der Netze, was einem Netzneubau gleichkommt Ökologischer und volkswirtschaftlicher Ansatz: Intelligenz statt Kupfer

25 Zukunftsfähige Stromverteilnetze (II) Neue Technologien und Systematiken müssen helfen, den unvermeidbaren Netzausbau zu minimieren: Transparenz im Energiefluss schaffen durch flächendeckende Messwertaufnahmen Smart-Meter im Haushalt, Smart-Grid-Metering im Verteilnetz Pilotprojekt "FTTH-Netz Koblenz, Nbg. Südliches Güls" Automatische Netzoptimierungen und intelligente Netzsteuerungen mittels leistungsfähiger IKT-Netze, Smart-Grids (Regeltransformatoren, Leitsysteme) Substitution Cu-IKT-Netz durch Glasfaserinfrastruktur Anpassung des Verbrauchsverhaltens an das Energieangebot z. B. variable Tarifierung etwa ¼ des allgemeinen Haushaltsbedarfs ist steuerbar (ohne Komfortverlust) - angepasste Steuerung "weißer Ware" - Raumwärmeanwendung

26 Zukunftsfähige Stromverteilnetze (III) Neue Technologien und Systematiken müssen helfen, den unvermeidbaren Netzausbau zu minimieren: dezentrale Speicherung von dezentral erzeugter Energie zur Vermeidung von Rückspeisungen und Lastspitzen industrielle und private Wärmeanwendungen Batterietechnologie e-mobility (als Energiespeicher) Erdgassubsitution (Wasserstoff-Elektrolyse und Methanisierung) Verbesserung der Anlagenkonzepte von Erzeugungsanlagen Phasenschieberbetrieb von Erzeugungsanlagen ermöglichen kapazitive als auch induktive Betriebseigenschaften (Netzspannungshaltung durch Blindleistungslieferung) Sicherstellung des Energiebedarfs durch dauerhaft verfügbare, ausregelnde Kraftwerke zur Bedarfsdeckung beim Fehlen volatiler, dezentraler Erzeugung

27 Zukunftsfähige Stromverteilnetze (IV) Was setzt(e) KVNetz bereits um: ständige Netzausbaumaßnahmen im Nieder- und Mittelspannungsnetz (Kabel und Transformatorenstationen) Erneuerung von 110/20-kV-Umspannanlagen Soft- und Hardware-Upgrade des Netzführungsystems (inkl. Online-Lastfluss- und -Netzoptimierungsrechnung) Integration des ferngesteuerten EEG-Einspeisemanagements in des Netzleitsystem (Lastmanagement bereits Jahrzehnte implementiert) Flächendeckend Online-Power-Quality-Messsysteme in den 110/20-kV-Umspannanlagen bis Ende 2012 Pilotprojekte Smart-Meter/Smart-Grid in Neubaugebieten (LWL) und Bestandsbebauung (Powerline-Communication PLC) Zukunftsfähigkeit der eigenen IKT-Infrastruktur (Cu LWL) F&E: eigene Studien bzgl. der Auswirkungen der Integration der Erneuerbaren auf das KEVAG-Verteilnetz Ständige Anpassungen der Planungs- und Betriebsgrundsätze an neue Erkenntnisse

28 Netzmanagement in naher Zukunft: Integration von Strom- und Datennetzen (bidirektionale Kommunikation) Quelle: Siemens AG

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!