Netztechnischer Beitrag von kleinen Wasserkraftwerken zu einer sicheren und kostengünstigen Stromversorgung in Deutschland. Vorstellung des Gutachtens

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1 Netztechnischer Beitrag von kleinen Wasserkraftwerken zu einer sicheren und kostengünstigen Stromversorgung in Deutschland Vorstellung des Gutachtens

2 Agenda Einleitung Eigenschaften von kleinen Wasserkraftwerken Netzanalysen Zusammenfassung S1

3 EINLEITUNG S2

4 Energiepolitische Rahmenbedingungen 20/20/20-Agenda der Europäischen Union (bis 2020) Reduzierung der CO 2 -Emissionen um 20% Steigerung der Energieeffizienz um 20% Deckung des Energiebedarfs zu 20% aus regenerativen Energien Energiekonzept 2050 der Bundesregierung 80% Stromerzeugung aus regenerativen Quellen Aber: Zur Umsetzung der Pariser Klimabeschlüsse sind die Ziele nicht ausreichend Erneuerbare-Energien-Gesetz (seit 2000) Förderung regenerativer Stromerzeugung (Wind, Sonne, Biomasse etc.) Zahllose regionale und lokale Energie- und Klimaschutzziele S3

5 Energiewende Veränderte Einspeisung Windkraft Photovoltaik Kernenergie-Ausstieg Blockheizkraftwerke Biomasse Neue elektr. Verbraucher Elektrofahrzeuge Wärmepumpen Elektr. Speicher S4

6 EIGENSCHAFTEN VON KLEINEN WASSERKRAFTWERKEN S5

7 Verlässlicher Teil eines virtuellen Kraftwerks Stetige, verlässliche Energieversorgung nur durch kleine Wasserkraftwerke, Biomasseanlagen und BHKW S6

8 Netz- und systemdienliches Verhalten Von Kleinwasserkraftwerken Regelbarkeit (pos. / neg. Regelleistung), Primär- und Sekundärregelung P R Primärregelung Sekundärregelung Minutenreserve 5 s 30 s 15 min 1 h Stundenreserve Schwarzstart- und Inselnetzfähigkeit im Falle eines flächendeckenden Blackouts Bereitstellung von Blindleistung Reduzierung der Netzverluste S7

9 Verfügbarkeit und Umweltbilanz der Anlagen Sehr hohe Volllaststunden Sehr stetige, kontinuierliche und verlässliche Einspeisung Langjährige Betriebserfahrung Einfache und Robuste Konstruktion der Anlagen Geringer Wartungsaufwand Sehr hohe erwartete Lebensdauer Keine Primärenergiekosten Eingriff in die Natur Hoher Erntefaktor S8

10 NETZANALYSEN S9

11 Repräsentative Clusterung der Netzregionen 1. Bayerisches Alpenvorland 2. Allgemeines Flusstal 3. Schwäbisches Alpenvorland Mitteldeutsches Mittelgebirge Westdeutsches Mittelgebirge S10

12 Netzanalysen: Methodik (Schema) Wie würde das Netz auf einen hypothetischen Ersatz der kleinen Wasserkraftwerke reagieren, wenn die gleiche Jahresenergie durch Windenergie- (MS) bzw. Photovoltaikanlagen (NS) ersetzt werden würde? UW S11

13 Netzanalysen: Szenario für reale Netze Welche installierte Leistung müssten die Erzeugungsanlagen besitzen, um die Einspeisung der Wasserkraftanlagen zu ersetzen? Mittelspannung Niederspannung 70 MW 2500 kw 60 MW 50 MW 2000 kw 40 MW 1500 kw 30 MW 1000 kw 20 MW 10 MW 0 MW Wasserkraft Windenergie Installierte Leistung [MW] 500 kw 0 kw Wasserkraft Photovoltaik Installierte Leistung [kw] Deutlicher Anstieg der nötigen installierten Spitzenleistung Netz wird in den Einspeisespitzen entsprechend stärker belastet S12

14 Netzanalysen: Ausbaubedarf Spannungsbandverletzungen UW Betriebsmittelüberlastungen S13

15 Beispiel 1: MS-Netz bei Starkeinspeisung Wasserkraft als Einspeiser WKA ersetzen Wasserkraft Zur Kompensation der Spannungsüberhöhung sind Kabel mit der Länge von 46,5 km mit Gesamtkosten von rd. 3,7 Mio. EUR zu verlegen. Dies entspricht rd. 850 EUR pro kw installierter Leistung Wasserkraft. S14

16 Beispiel 2: NS-Netz bei Starkeinspeisung Wasserkraft als Einspeiser PVA ersetzen Wasserkraft Zur Kompensation der Spannungsüberhöhung sind Kabel mit der Länge von 1,2 km mit Gesamtkosten von rd. 70 TEUR zu verlegen. Dies entspricht rd. 650 EUR pro kw installierter Wasserkraftleistung. S15

17 Mio. EUR Netzanalysen: Ergebnisse der betrachteten realen Netze Anteil der auszubauenden Leitungslänge an der Netzlänge Ausbaukosten 25% 7 20% % 4 10% 5% Mittelspannung Niederspannung Mittelspannung Niederspannung 0% 0 Die erhöhte Netzbelastung durch Windenergie- bzw. Photovoltaikanlagen sorgt für einen deutlichen Netzausbaubedarf und hiermit verknüpfte hohe Kosten. S16

18 Kosten pro inst. WK-Leistung [EUR/kW] Netzanalysen: Ergebnisse der betrachteten realen Netze Kosten des hypothetischen Wasserkraft-Rückbaus Mittelspannung Niederspannung Gewichteter Mittelwert* Der Netzausbau zum Ersatz der Kleinwasserkraft verursacht in der Niederspannung etwa doppelt so hohe Kosten wie in der Mittelspannung. Netzausbaukosen: ca. 550 /kw in der MS ca /kw in der MS * Gewichtet nach installierter Wasserkraftleistung S17

19 Netzanalysen: Ergebnisse der Clusterung Der Hauptanteil der Netzausbaukosten entfällt auf Bayern. Gründe dafür sind der große Anteil an installierter Wasserkraft und die hohen spezifischen Ausbaukosten. Der Netzausbau zum Ersatz der Kleinwasserkraft verursacht in Deutschland konkret zusätzliche Netzausbaukosten von rund 762 Mio. Euro! Weiterhin fallen Kosten für erhöhte Netzverluste, Ausbaukosten der 110-kV-Netze und zusätzliche Komponenten an, die mit rund 250 Mio. Euro abgeschätzt werden können. Die Gesamtkosten liegen daher bei rund einer Milliarde Euro! S18

20 ZUSAMMENFASSUNG S19

21 Zusammenfassung: Acht wesentliche Erkenntnisse Erkenntnis 1: Die verlässlichen Wasserkraftwerke sind eine wichtige Säule der Energiewende Erkenntnis 2: Kleine Wasserkraftwerke reduzieren den Netzausbaubedarf im Verteilnetz erheblich (gut 750 Mio. EUR) Erkenntnis 3: Verbrauchsnahe Erzeugung aus kleinen Wasserkraftwerken verringert die Netzverluste signifikant Erkenntnis 4: Kleine Wasserkraftwerke stabilisieren zukünftig das Gesamtsystem durch Bereitstellung von Systemdienstleistungen S20

22 Zusammenfassung: Acht wesentliche Erkenntnisse Erkenntnis 5: Kleine Wasserkraftwerke erhöhen die Versorgungsqualität auf Verteilnetzebene Erkenntnis 6: Inselnetz- und schwarzstartfähige kleine Wasserkraftwerke können bei großflächigen Blackouts lokal die Versorgung aufrechterhalten Erkenntnis 7: Kleine Wasserkraftwerke sind ein kostengünstiger Baustein der Energieversorgung Erkenntnis 8: Kleine Wasserkraftwerke dienen als dezentrale Energiespeicher S21

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Prof. M. Zdrallek Bergische Universität Wuppertal Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik Rainer-Gruenter-Str. 21, Wuppertal S22