Smart Area Aachen. Dr. Andreas Nolde BET Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH

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1 Smart Area Aachen Dr. Andreas Nolde BET Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH

2 Ausgangslage (Deutschland) Vollständiger Umbau der Energieversorgung 2011: rd. 75 GW von 175 GW installierter Leistung sind EE-Anlagen (40%) Die Stromerzeugung verlagert sich von der Übertragungs- in die Verteilnetzebene Quelle: BMWi Seite 2 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

3 Neue Anforderungen an den Netzbetrieb Entwicklungstrend Traditioneller Betrieb: Netze arbeiten lastgeführt ; traditionelle Verbraucher Vertikale (unidirektionale) Leistungsflüsse Vertikaler Informationsfluss (bis zur Zukünftiger Netzbetrieb: Stark dynamische Netzauslastung Multidirektionale, stark volatile Leistungsflüsse Multidirektionale Informationsflüsse (alle Spannungsebenen) Mittelspannungssammelschiene) Information Energie Information Energie 380/220 kv 110 kv 20/10 kv 0,4 kv Steigende Herausforderungen für die Verteilnetzbetreiber Einhaltung der Produktqualität wird schwieriger (z.b. Spannung) Seite 3 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

4 Neue Anforderungen an den Netzbetrieb Auswirkungen einer veränderten Versorgungsaufgabe Spannungsverlauf HS UW 110 % U/U n 105 % 100 % 95 % MS PV MS NS ONS mögliche Überlastung Schwachlast mit starker Einspeisung Risiken bei steigender EE-Einspeisung und neuen Verbrauchern Starklast ohne Einspeisung PV PV PV HA Energiefluss Verletzung Spannungsband zulässige Bandbreite nach EN % (Elektrische) Entfernung zum UW Es entsteht große Bandbreite möglicher Belastungsszenarien (Überlagerung von Last und Einspeisung) und damit von Strom- und Spannungsverläufen Was ist zukünftig für die Netzauslegung zu berücksichtigen? Wie können kritische Zustände im Netz sicher identifiziert bzw. ausgeschlossen werden? Seite 4 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

5 Neue Anforderungen an den Netzbetrieb Entwicklungstrend: Veränderung der Verbrauchsstruktur Neues Wohngebiet mit Wärmepumpen (31 Häuser, 350 kw WP-Leistung) Tatsächlicher Leistungsbedarf höher als bekannte Planungsgrundsätze für elektrische Warmwasserbereitung Planungsansatz mit elektr. Warmwasser Seite 5 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

6 Neue Anforderungen an den Netzbetrieb Entwicklungstrend: Steigende dezentrale Erzeugung Nie geplante Betriebszustände des Verteilnetzes Lastprofil einer Ortsnetzstation im ländlichen Gebiet: Quelle: LEW/SIEMENS Seite 6 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

7 Neue Anforderungen an den Netzbetrieb Zwischenfazit Zukünftige Versorgungsaufgabe stellt das Verteilnetz vor neue Herausforderungen Steigende Einspeisung aus EE (Wind, PV, etc.) Veränderung des Verbrauchs (E-Mobility, Wärmepumpen, etc.) EE-Einspeisung stark volatil und nicht lastgeführt Aus- und Umbau der Netze für eine sichere und zuverlässige Versorgung erforderlich Konventioneller Netzausbau mit hohen Kosten verbunden Ziel: Effizienter Netzausbau mit optimaler Nutzung der bereits vorhandenen Netzkapazität Mögliche Maßnahmen: Einsatz smarter Netzkomponenten zur Minimierung des Netzausbaus Frühzeitige Kooperation zwischen Quartiersplanern und dem lokalen Netzbetreiber, Erarbeitung von gemeinsamen Planungskonzepten Steuerung/Regelung von Einspeisung und Verbrauch Seite 7 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

8 Verbundprojekt Smart Area Aachen Lösungsansatz für die Energiewende im Verteilnetz Seite 8 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

9 Motivation Vision des Projekts Die Vision: Aufbau, Betrieb und Erforschung eines Smart Grid Betrachtung der Stromversorgung als Systemherausforderung (Energie- und Kommunikationskomponenten) Der Weg: Aufbau eines Systems aus Stromversorgung und Kommunikationstechnik Entwicklung intelligenter Primär- und Sekundärtechnik Entwicklung neuer Steuerungs- und Regelkonzepte Entwicklung neuer Konzepte zur Netzbetriebsführung Seite 9 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

10 Struktur des thematischen Verbunds Querschnittsfunktion der Begleitforschung Thematischer Verbund Smart Area Aachen VP0 VP1 VP2 VP3 VP4 VP7 VP8 Begleitforschung Koordination & Transfer Standardisierung Normung, Interoperabilität Verwertung Produkte, Geschäftsmodelle Intelligente Ortsnetzstation Spannungsqualität Kommunikationsinfrastruktur Netzzustandsprognose Stromnetzplanung Instandhaltung Seite 10 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

11 VP0: Begleitforschung STAWAG, BET, DKE Intelligente Verteilungsnetze für Stadtwerke Transfer und energiewirtschaftliche Bewertung Motivation Inhaltliche Koordination der verbundprojektübergreifenden Zusammenarbeit Transfer der erzielten Ergebnisse (Fachwelt, Branchenverbände) Einbringung der Ergebnisse in Standardisierung und Normung Verwertungsmöglichkeiten für Netzbetreiber unter Berücksichtigung der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen Ziele Ableitung von Empfehlungen zur Sicherstellung einer Migration der Verteilungsnetze hin zu Smart Grids Wirtschaftliche Bewertung möglicher Vorteile des Informations- und Kommunikationstechnik-Einsatzes in zukünftigen smarten Verteilungsnetzen Seite 11 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

12 VP1: Intelligente Ortsnetzstationen ABB, FGH, TU Dortmund, STAWAG Motivation Heute: Dumme Ortsnetzstationen ohne Messung und Einflussmöglichkeiten. Wenig Wissen über den Zustand des Netzes Zukünftig: Intelligente Ortsnetzstationen mit Messungen, Schaltmöglichkeiten, Spannungsregelung und Fehlerortung Ortsnetzstation Intelligente Ortsnetzstation Aktueller Stand, nächste Schritte Station 1. Generation gerade im Aufbau Weiterentwicklung 2. Generation mit Fehlererkennung MS NS Primärtechnische Optionen: Kurzschlussanzeiger Schleppzeigermessung Manuell/Vor Ort bedienbare Lasttrennschalter MS NS Ansteuerung Auswertung MS Auswertung NS Primärtechnische Optionen: Fernbedienbarer Lasttrennschalter Spannungsregelnde Einheit Verdichtung / Protokollwandlung / Ansteuerung Kommunikation Netzleitebene Ziele Ferngesteuerte oder teilautomatische Wiederversorgung nach Versorgungsunterbrechungen Seite 12 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

13 VP2: Spannungsqualität IFHT, MR, STAWAG Motivation Hohe Netzbelastung aufgrund steigender Installationszahlen dezentraler Erzeugungsanlagen Netzausbau oder Spannungsregelung notwendig Regelbare Ortsnetzstation (RONT) als wirtschaftliche und technische Alternative zum Netzausbau PV Generation [W] Uhrzeit [h] Aktueller Stand Inbetriebnahme des ersten RONT im Oktober 2013 erfolgt 3 RONTs im Aachener Süden in Betrieb (Grüne Eiche, Pannekogweg, Baumgartsweg) Ziele Zukunftsfähige Netzstationen, sichere Versorgung unabhängig von Besonderheiten im Netz (PV, Elektromobilität, ) Seite 13 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

14 VP3: Kommunikationsinfrastruktur Nexans, Kisters, STAWAG Motivation Kein Smart Grid ohne Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) möglich Entwicklung von speziellen Netzwerkkomponenten (IEC 61850) für die Energieversorgung Aktueller Stand & nächste Schritte Einsatz erster Komponenten in 2014 Ziele Entwicklung einer neuen IKT-Infrastruktur für Smart Grids * Kommunikationsinfrastruktur für innovative Betriebsmittel Seite 14 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

15 VP4: Netzzustandsschätzung PSI, IAEW (RWTH), STAWAG Zustandsschätzung Motivation Messwerte Netzmodell Erneuerbare Energien, Elektromobilität: Viele neue Unbekannte Quelle: openstreetmap.org; D. Echternacht, IAEW Netzzustand im Mittel- und Niederspannungsnetz nahezu unbekannt Netzzustand Erfassung des Netzzustands mit möglichst wenig Messstellen (Kosten!) Nächste Schritte Installation von Messund Kommunikationstechnik im ausgewählten Netzgebiet Ziele Frühzeitige Erkennung und Beseitigung von Problemen im Netz Seite 15 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

16 VP7: Netzplanung von intelligenten Verteilnetzen FGH, STAWAG, ABB, Nexans Motivation Anpassung bestehender und neuer Verteilnetze an die neuen Herausforderungen Nächste Schritte Einarbeitung erster Ergebnisse aus anderen Verbundprojekten Ziele Planungskonzepte für eine günstige, sichere und flexible Netzinfrastruktur kva Herausforderungen Chancen: Innovative Betriebsmittel + Anzahl Wohneinheiten Auslegungsrelevant: nur Verbraucher Auch dezentrale Erzeugung Auch steuerbare mobile Lasten Steuerung ions IKT Supraleitung, DC früher/heute zukünftig Seite 16 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

17 VP8: Instandhaltung SAG, IFHT (RWTH), STAWAG Motivation Instandhaltung nach tatsächlichem Wartungsbedarf Nächste Schritte Berücksichtigung von Kennzahlen und online Messwerten Weiterentwicklung von Prognoseverfahren zur Erkennung des tatsächlichen Bedarfs Ziele Betriebsmittel werden bis kurz vor Ende ihrer Lebensdauer betrieben Höhere Versorgungssicherheit bei gleichzeitig niedrigeren Kosten Risikoabhängig Zuverlässigkeitsabhängig Zeitabhängig Zustandsabhängig Seite 17 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

18 Smart Area im Versorgungsnetz der STAWAG Smart Area ist im gesamten Netzgebiet präsent! Standorte im STAWAG-Netzgebiet Intelligente Ortsnetzstation / Fehlererkennung Regelbare Ortsnetzstation (+ weitere Standorte in der Eifel) Netzzustandsschätzung Kommunikationsinfrastruktur Netzplanung Instandhaltung (gesamtes Netzgebiet) openstreetmap.org Seite 18 Projektvorstellung Smart Area Aachen Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft

19 Dr. Andreas Nolde Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Robert Frings Peter Zimmer Weitere Informationen unter