Smart Country. Dr. Jürgen Grönner RWE Deutschland AG, Asset Management. RWE Deutschland AG SEITE 0
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1 Smart Country Dr. Jürgen Grönner RWE Deutschland AG, Asset Management RWE Deutschland AG SEITE 0
2 RWE Deutschland AG SEITE 1
3 Prognose der Versorgungsaufgabe RWE Deutschland AG SEITE 2
4 Wie erfolgt die objektive Darstellung der Versorgungsaufgabe? Wirtschaftlich demografische Rahmendaten Prognose zukünftige Energiebedarfe Entwicklung regenerativer Quellen Netztechnisch orientierte Parameter > Strikte Trennung von Versorgungsaufgabe und Netzlösung umgesetzt > Ziel war die objektive Beschreibung der Versorgungsaufgabe ohne bereits eine bestimmte Lösung zu lancieren > Deutschlandweite Beschreibung von Versorgungsaufgaben ermöglicht > Betrachtungsebene: Landkreise bzw. kreisfreie Städte RWE Deutschland AG SEITE 3
5 Die Beschreibung der Versorgungsaufgabe erfolgt durch 45 Parameter in 7 Kategorien je Landkreis und kreisfreier Stadt Energiebedarf Demografische Daten Leistungsbedarf Flächenbedarf Versorgungsaufgabe Regenerative Einspeisung Anschlußzahlen Inhomogenität RWE Deutschland AG SEITE 4
6 Die Versorgungsaufgabe wurde für die Jahre 2010, 2015, 2020, 2025 u prognostiziert Deutschland 80 RWE Deutschland-RWE Deutschland RWE 50 Deutschland-RWE Deutschland RWE 10 Deutschland-RWE Deutschland RWE 40 0 Deutschland-RWE RWE Deutschland AG SEITE 5
7 Die Identifikation wesentlicher Einflußgrößen erlaubte die Bestimmung repräsentativer Landkreise Einwohnerzahl Einwohnerdichte Entwicklung Fotovoltaik Repräsentativer Landkreis Inhomogenität Entwicklung Windenergie RWE Deutschland AG SEITE 6
8 Die zukünftige Versorgungsaufgabe wurde für diese repräsentativen Landkreise prognostiziert. Anzahl der Landkreise Entwicklung Photovoltaik Auswahl LK: Essen München Gelsenkirchen Recklinghausen Heinsberg Steinfurt Exemplarisch LK Bitburg-Prüm > Signifikanter Zuwachs von Einspeisung aus Photovoltaik bis 2030 erwartet Harz Dahme- Spreewald Vogelsbergkreis 10 Bitburg-Prüm 11 Bernkastel- Wittich PV/Last [%] 10% 55% Quelle: Prognos PV/Last [%] RWE Deutschland AG SEITE 7
9 Herausforderungen in Mittel- und Niederspannung konzentrieren sich im ländlichen Bereich Erzeugung und Verbrauch im LK Bitburg-Prüm > Das bestehende Verteilnetz orientiert sich an den historisch gewachsenen Lastschwerpunkten. > Die Errichtung leistungsstarker regenerativer Erzeugungsanlagen erfolgt in der Regel außerhalb der geschlossenen Bebauung. > Im ländlichen Bereich genügt das vorhandene Netz oftmals nicht mehr den Anforderungen. Verbrauch Erzeugung > In Städten entsteht hingegen nur vereinzelter Ausbaubedarf. RWE Deutschland AG SEITE 8
10 Die Verteilnetze von heute und morgen müssen dezentral erzeugten Strom aufnehmen und verteilen Versorgungsaufgabe im Wandel (0,4 kv Ebene) Heute 10 kv Morgen 10 kv > Zunehmend werden Verteilnetze eine Vielzahl unterschiedlicher Stromerzeuger anschließen ~ PVA 0,4 kv ~ PVA ~ PVA ~ µkwk ~ BZ ~ PVA 0,4 kv G4V > An einem Standort tritt der Kunde sowohl als Verbraucher als auch als Erzeuger und ggf. sogar als Speicherbetreiber auf > Erzeuger liefern grundsätzlich mehr als ihren Eigenbedarf > Diese Kundenanforderungen werden durch flexible Verteilnetze erfüllt Last Einspeisung PVA: Photovoltaikanlage, BZ Brennstoffzelle, µkwk Mikro KWK, G4V Elektrofahrzeug RWE Deutschland AG SEITE 9
11 Die Einbindung dezentraler Erzeugung führt zur Umkehr der Stromrichtung und Spannnungshaltungsproblemen Netzspannung in abh. regenerativer Erzeugung Stammstrecke in der Ortsversorgung 10 kv Stromrichtung Tag Nacht 280 Spannungsverlauf entlang der Stammstrecke ~ PVA Tag Nacht 230V +/- 10% Die zukünftigen Last- und Einspeiseverhältnisse führen ohne weitere Maßnahmen zu folgenden Problemen: > Qualitätskriterien beim Kunden werden nicht eingehalten > Überlastung einzelner Betriebsmittel im Verteilnetz oder in der Kundenanlage > Beschädigung oder Ausfall überlasteter Betriebsmittel RWE Deutschland AG SEITE 10
12 Entwicklung von Netzkonzepten RWE Deutschland AG SEITE 11
13 Können innovative Netzkonzepte die zukünftigen Versorgungsaufgabe besser erfüllen? Identifikation effizienter Verteilnetzkonzepte Weiterentwicklung von Bewertungsmethoden Weiterentwicklung von Betriebsmitteln Ergebnisdemonstration im Verteilnetz RWE Deutschland AG SEITE 12
14 Smart Country wurde vom BMWi gefördert Projektkonsortium Konsortialführerin Ziele RWE Deutschland AG* > Identifikation effizienter Verteilnetzkonzepte > Weiterentwicklung von Bewertungsmethoden und Betriebsmitteln > Ergebnisdemonstration im Netz Laufzeit Juli 2009 Juni 2011 * bzw. RWE Rheinland Westfalen Netz AG RWE Deutschland AG SEITE 13
15 Innovative Netzkonzepte wurden funktional gegliedert Verwendung von Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) - Verbesserung der Netzbeobachtbarkeit - Aktive Optimierung des Netzes - Anreize für netzoptimales Kundenverhalten Einsatz von Speichern - Beim Netznutzer (mögliche Ergänzung) - Beim Netzbetreiber Kundennahe Spannungsregelung - Ausnutzung der Netzkapazität - In Mittelspannung, an der Ortsnetzstation oder am Hausanschluss Hierarchieebenen in Mittelspannung - Ausnutzung der Mittelspannungs-Leistungspotenziale - Verbesserung der Nichtverfügbarkeit RWE Deutschland AG SEITE 14
16 5 repräsentative Landkreise wurden zur Bewertung der innovativen Netzkonzepte ausgewählt Essen Recklinghausen Steinfurt Bitburg-Prüm Bernkastel-Wittlich RWE Deutschland AG SEITE 15
17 Mit der weiterentwickelten Referenznetzanalyse wurden die verschiedenen Netzkonzepte bewertet RWE Deutschland AG SEITE 16
18 Die notwendigen Mittel zur Erfüllung der zukünftigen Versorgungsaufgabe wurden kalkuliert Referenznetz 2010 auf Basis konventioneller Planungs- und Betriebsgrundsätze Referenznetz 2030 auf Basis innovativer Netzkonzepte Netzmenge Netzkosten Netzmenge Netzkosten RWE Deutschland AG SEITE 17
19 Die Veränderung der Versorgungsaufgabe führt bei konv. Netzausbau zu erheblichem Umstrukturierungsaufwand Referenznetz 2010 Referenznetz 2030 Netzausbau % Ländlicher Kreis (MS-Netz) Neue Obsolete Leitung Leitung Last 135 MW, Erzeugung 110 MW Last 120 MW, Erzeugung 210 MW Netzlänge [km] RWE Deutschland AG SEITE 18
20 Innovative Netzkonzepte erhöhen die Netzaufnahmefähigkeit und beschränken den Netzausbau bis 2030 Referenznetz 2010 Referenznetz 2030 Netzausbau mit Einsatz von geregelten ONS % Ländlicher Kreis (MS-Netz) Neue Leitung Obsolete Leitung Last 135 MW, Erzeugung 110 MW Last 120 MW, Erzeugung 210 MW Netzlänge [km] RWE Deutschland AG SEITE 19
21 Ausgewählte Beispiele aus dem Demonstrationsnetz Quelle: innotec RWE Deutschland AG SEITE 20
22 Lösung: Kundennahe Spannungsregelung zur Erhöhung des verfügbaren Spannungsbandes im bestehenden Netz Zulässige Entfernung dezentraler Erzeugungsanlagen von der Netzeinspeisung 290 Einsatz spannungsgeregelter Ortsnetztransformator 280 Spannung [V] Konventionelle Planung Regelung Zulässiges Spannungsband: 230 V +/- 10% PV Einspeisung am Tag Nacht PV mit Spannungsregelung Leitungslänge Vereinfachte linearisierte Darstellung des Spannungsverlaufes entlang der Stammstrecke RWE Deutschland AG SEITE 21
23 Lösung: Spannungsqualität wird durch kundennahe Spannungsregelung sichergestellt Lokale elektronische Regelung der Spannung Elektron. Spannungsregler > Kurze Reaktionszeit (0,5 ms) > Regelung von Spannungsunsymmetrien > Keine beweglichen Elemente > Bestehende Transformatoren weiter nutzbar RWE Deutschland AG SEITE 22
24 Spannungsregler sind auch temporär einsetzbar + 4 % + 2 % Spannung [V] 230 V - 2 % - 4 % - 6 % - 8 % Uhrzeit [h] Eingangsspg. Ausgangsspg. RWE Deutschland AG SEITE 23
25 Spannungsregler in der 20-kV-Spannungsebene Flexible Aufstellung: > 3 Streifenfundamente > Kabeleinführung Freileitungseinbindung RWE Deutschland AG SEITE 24
26 Lösung: Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) ist die Basis für eine höhere Netzauslastung Beobachtung von MS / NS-Netzen Spannungs- / Strommessung (dezentral) > Einzelne Spannungsmessungen im Strang > Spannungs- und Oberschwingungsmessungen in Stationen Lastflussbeobachtung (zentral) > Messwerte (P,Q,U,I) > State Estimation RWE Deutschland AG SEITE 25
27 IKT zur Weitbereichsregelung: Spannungsschwankungen werden um rd. 30% reduziert Spannungsdelta [V] % 33% % 28% 27% 29% Stomkreis D Stomkreis B Stomkreis A Stomkreis C Stomkreis E Durchschnitt Spannungsregelung durch zentralen Spannungsregler, mit Sollwertanpassung Spannungsregelung durch dezentralen Spannungsregler RWE Deutschland AG SEITE 26
28 Weitbereichsregelung Aufbau der Messwerterfassung RWE Deutschland AG SEITE 27
29 Lösung: virtuelle PV-Stromspeicherung Stromspeicherung in Form von Biogas PV-Stromerzeugung PV AC t PV-Panel Biogasverstromung DC Mittelspannung Biogas t Fermenter 3 ~ Netz t Speicher t Biogasspeicher 3 ~ RWE Deutschland AG SEITE 28
30 Die Speicherung des Biogases erfolgt in einer Doppelmembran > niedrige Investitionskosten > Geeignet bei höchsten Schnee- und Windlasten > Energieeffizient > Kurze Bauzeit > Hohe Betriebssicherheit > Exakte Füllstandsmessung > Keine Korrosion an Membrane > Keine Entschwefelung notwendig > Niedriger Wartungsaufwand auch bei flächendeckender Anwendung RWE Deutschland AG SEITE 29
31 Die Errichtung des Biogasspeichers auf dem Gärrestelager bietet weitere Vorteile RWE Deutschland AG SEITE 30
32 Biogasspeicher wird isoliert RWE Deutschland AG SEITE 31
33 Montage des neuen Biogas-BHKW RWE Deutschland AG SEITE 32
34 Fermenter, Speicher und BHKW RWE Deutschland AG SEITE 33
35 Biogasspeicherung in Abhängigkeit der PV-Einspeisung Gesamtleistung BHKW [kw] Leistung der PV-Anlage [kw] BHKW Gesamtleistung [kw] Leistung PV [kw] RWE Deutschland AG SEITE 34
36 Validierungsphase RWE Deutschland AG SEITE 35
37 PV-Gleichzeitigkeit Einbau der Messwerterfassung ehz GPRS MUC Antenne RWE Deutschland AG SEITE 36
38 Messaufbau zur Gleichzeitigkeit dez. Erzeugung Umspannanlage BioHKW 9 WEA MüllHKW 2 17 WEA 2 WEA ONS schaltbar ONS nicht schaltbar Kundenstation schaltbar Kundenstation nicht schaltbar Freileitung Kabel Offene Trennstelle RWE Deutschland AG SEITE 37
39 Ausblick Last beim Endverbraucher / EEG-Einspeisung (Stand 2010) 2020 / 2030 RWE Deutschland AG SEITE 38
40 Ausblick RWE Deutschland AG SEITE 39
41 Ausblick RWE Deutschland AG SEITE 40
42 Ausblick RWE Deutschland AG SEITE 41
43 Die Energiewende findet bereits im Verteilnetz statt Fakten > Mehr als 90% aller EEG-Anlagen sind im Verteilnetz angeschlossen. > Die RWE VNB haben mehr als EEG-Anlagen angeschlossen. > Pilotprojekte (u.a. Smart Country) sind erfolgreich gestartet. Technik > Die Qualitätsanforderungen bleiben bestehen. > Die Überführung der Projektergebnisse in die Planungs- und Betriebsgrundsätze erfolgt sukzessive nach der Validierung. Mittelbedarf > Neue Konzepte helfen den Anstieg des Mittelbedarfs für den Anschluss der dezentralen Erzeugung zu reduzieren. > Die Integration regenerativer Energien erfordert in jedem Fall zusätzliche Investitionen. > RWE investiert von 2012 bis ,6 Mrd. in die Energieverteilnetze. RWE Deutschland AG SEITE 42
44 Danke für Ihre Aufmerksamkeit und viele Grüße aus Smart Country RWE Deutschland AG SEITE 43
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