Einfluss der Energiewende auf den Betrieb der 110-kV-Netze

Transkript

1 Einfluss der Energiewende auf den Betrieb der 110-kV-Netze Enersax Konferenz Dresden, 03. Dezember 2014 Dieses Projekt wurde gefördert durch den ESF Euopäischer Sozialfond und den Freistaat Sachsen

2 00 Gliederung o Prognosen o Auswirkungen auf den Netzbetrieb o Übernahme von Systemverantwortung o Anforderungen an den Verteil-Netzbetreiber Spannungshaltung Potenziale bei Starkwind Potenziale bei Schwachwind o Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL o Zusammenfassung Projekt Energiewende Sachsen Folie

3 01 Auswirkungen der Energiewende Prognosen Ausbau regenerativer Energien 95 % der zu installierenden Leistung im Verteilnetz entspricht bis einschließlich 2033 ca. P wind 61 GW entspricht bis einschließlich 2033 ca. P pv 63 GW Rückbau konventioneller Kraftwerksleistung von derzeit P konv 80 GW auf P konv 32 GW Neue Rahmenbedingungen Spannungshaltung, Bereitstellung von Blindleistung Kurzschlussleistung Systemdienstleistungen Grenzen der Sternpunktbehandlung Projekt Energiewende Sachsen Folie 3

4 01 Auswirkungen der Energiewende Zubau regenerativer Erzeugungsanlagen 2012 B2024 B2034 Wind onshore 31,0 GW 55,0 GW 72,0 GW Wind offshore 0,3 GW 12,7 GW 25,3 GW Photovoltaik 33,1 GW 56,0 GW 59,5 GW Biomasse 5,7 GW 8,7 GW 9,2 GW Wasserkraft 4,4 GW 4,7 GW 5,0 GW 95 % der installierten Leistung im Verteilnetz Quelle: NEP 2014 Rückbau konventioneller Kraftwerksleistung Projekt Energiewende Sachsen Folie 4

5 01 Auswirkungen der Energiewende Installierte Leistung erneuerbarer Energien Wasserkraft Biomasse Gas Erdwärme Wind onshore Wind offshore Solar installierte Leistung von EEG in GW HöS HöS-HS HS HS-MS MS MS-NS NS Spannungsebenen Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, Projekt Energiewende Sachsen Folie 5

6 01 Auswirkungen der Energiewende Ausbau der Stromkreise im Hochspannungsnetz (D) Tkm Ausbau der Stromkreise in der Hochspannung Szenario B Szenario C bis 2015 bis 2020 bis 2030 DENA Verteilnetzstudie VNS Erheblicher Zubau im MS/HS-Netz Projekt Energiewende Sachsen Folie 6

7 02 Auswirkungen auf Netzstrukturen Elektrische Parameter von Leitungen Kabel Freileitung Typbezeichnung 2XS(FL)2Y 240 rm35 Horizontal 2 x 185/32 AlSt C Betriebskapazität 0,14 µf/km 0,012 µf/km I b Ladestrom 2,8 A/km 0,24 A/km C kap. Erdschlussstrom 8,4 A/km 0,72 A/km I CE U L C 12 C b(k) b(fl) L R N N C N U A Lb Rb U B I 12 I C(K) C(FL) C /2 C /2 b b I 12 I CE(K) CE(FL) I C Projekt Energiewende Sachsen Folie 7

8 02 Auswirkungen auf Netzstrukturen FERRANTI-Effekt des 380/110-kV-Netzes Als FERRANTI Effekt wird die Spannungsüberhöhung als Folge des kapazitiven Stromes I c langer unbelasteter Leitungen bezeichnet. 115 Spannung am Leitungsende U E Kabel Sk" = 10 GVA, 110 kv Freiltg Sk'' = 10 GVA, 110 kv Leitungslänge in km Projekt Energiewende Sachsen Folie 8

9 02 Auswirkungen auf Netzstrukturen Verhalten des 110-kV-Netzes 110-kV-FL 380-kV-FL Blindleistungsbedarf in Mvar/km unternatürlich übernatürlich S/P nat Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, Projekt Energiewende Sachsen Folie 9

10 03 Übernahme von Systemverantwortung Umkehr des Leistungsflusses Übernahme von Transportaufgaben Beiträge für die Systemstabilität (Spannungshaltung, Blindleistung) Projekt Energiewende Sachsen Folie 10

11 03 Übernahme von Systemverantwortung Möglichkeiten des Transportnetzbetreibers Installation von Kompensationsanlagen Nutzung von Kraftwerkskapazitäten (konventionell, PSW) Nutzung der Kapazitäten des Verteilnetzes Projekt Energiewende Sachsen Folie 11

12 04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Verstärkte Übernahme von Systemverantwortung (Systemdienstleistungen) Zunehmende Systemverantwortung Spannungshaltung, Bereitstellung von Blindleistung Frequenzhaltung Schwarzstartfähigkeit Einbeziehung der Erzeugungsanlagen in die Systemverantwortung Beitrag zur Erbringung von Systemdienstleistungen Redispatch-Maßnahmen Projekt Energiewende Sachsen Folie 12

13 04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Beteiligung der Erzeugungsanlagen im 110-kV-Netz Technische Anschlussbedingungen TAB HS 0,925 0,95 0,975 1 cosϕ 0,95 0,925 0, U NAP,b in kv Variante 1 Variante 2 Variante untererregt Q EZA /P r übererregt -0.5 Anforderung an die Blindleistungs-Bereitstellung der EZA Projekt Energiewende Sachsen Folie 13

14 04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Beteiligung der Erzeugungsanlagen Technische Anschlussbedingungen TAB HS untererregt Q/P r übererregt Anforderung an die Blindleistungs-Bereitstellung der EZA P mom /P r in % Variante 1 Variante 2 Variante Projekt Energiewende Sachsen Folie 14

15 04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Beteiligung der Erzeugungsanlagen Technische Anschlussbedingungen TAB HS Q/P r 10 % Genereller BL-Bereich Erweiterter Stellbereich der Erzeugungsanlagen Zusätzlicher BL-Bereich der STATCOM-Option Eigenbedarf der STATCOM-Option 100 % P/P r Projekt Energiewende Sachsen Folie 15

16 05 Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL Möglichkeiten Varianten der Bereitstellung von Blindleistung Powerfaktor cos φ Blindleistung Q cos ϕ const. cos ϕ( P) Q const. Q( q) Q( U) Projekt Energiewende Sachsen Folie 16

17 05 Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL Regelung der Blindleistung am Anschlusspunkt Projekt Energiewende Sachsen Folie 17

18 05 Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL Spannungsregelung 117 ohne Regelung mit Regelung 0 SpannungU in kv CP 1 MA 1 MA 2 MA 3 MA 4 MA 5 MA 6 CP 2 Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, Projekt Energiewende Sachsen Folie Blindleistungsbedarf des VN in Mvar

19 06 Zusammenfassung Ausbau regenerativer Energien 95 % der zu installierenden Leistung im Verteilnetz Neue Rahmenbedingungen, Systemverantwortung Spannungshaltung, Bereitstellung von Blindleistung Systemdienstleistungen Beteiligung der Erzeugungsanlagen zwingend Anpassung der technischen Anforderungen Steigende Systemverantwortung Verteilnetzbetreiber Transportaufgaben Frequenzhaltung, Spannungshaltung, Schwarzstart Projekt Energiewende Sachsen Folie 19

20 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Elektroenergieversorgung Technische Universität Dresden Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik Dresden Uwe Schmidt 0351/