Implementierung in der Kraftwerkssteuerung durch Vattenfall unter dem Blickwinkel der Energiewende

Transkript

1 Smart Grid Implementierung in der Kraftwerkssteuerung durch Vattenfall unter dem Blickwinkel der Energiewende Ralf Kirsch

2 Energiewende - Smart Grid Smart Grid = Intelligente Verknüpfung zentraler und dezentraler Erzeugungsanlagen, sowie elektrischen Verbrauchern, Stromspeichern und der Stromnetze mit Hilfe moderner Informations- und Kommunikationstechnik. Ziel (allgemein): - Durch die Möglichkeiten der Kommunikation können alle Bestandteile in der Stromversorgung mit einander agieren - Ein Bestandteil in der Versorgungssicherung im Wandel der vorrangigen Technologienutzung Regenerativ - Erzeuger wie auch von Verbrauchern können ihr Verhalten entsprechend dem Strommarkt anpassen Ansatzpunkte von Vattenfall: - geschlossene Steuerung von Erzeugungs-, Verbrauchs- und Speichereinheiten unter Berücksichtigung der Verhältnisse im Stromnetz (Spannung, Frequenz u.a.) und der Anforderungen der Netzbetreiber - Ausprägung unter Beachtung der Datensicherheit wie auch Systemverfügbarkeit 2

3 Energiewende - Smart Grid Steuern, Regelung durch Nutzung Flexibilität der Gebrauchseigenschaft von Erzeugungstechnologien, wie auch im Verbrauch. 3

4 Energiewende: Was leistet die Erzeugung (EEG & Konventionell) Kontinuierlicher Bedarf Deutschland ² Kapazität EEG (aktuell) GW Wind max. 31 GW Solar max. 35 GW sonstige*: ~ 12 GW ~ 78 GW *(Wasserkraft, Biomasse, biogener Abfall und Geothermie) Erzeugung Konventionell ~ 103 GW Speichervolumen 40 GWh Turbinenleistung 6,7 GW Bzw. Pumpleistung 6,3 GW Energieträger Wind Solar Konventionell Volllaststunden [h] 57,15 EEG Anlagen könnten den Energiebedarf in Bezug auf die installierte Leistung decken, wenn sie verfügbar sind Auslastung [%] 16,78 9,87 Brutto-Stromerzeugung [TWh] 46,0 28,0 456,5 Der Ausgleich von Nichtverfügbarkeit oder einer diskontinuierlichen Produktion aus EEG Anlagen erfordern regelfähige Erzeugungsanlagen (Systemsicherheit). Ein geeignetes Speichervolumen ist in Deutschland nicht verfügbar. 4 (² Abhängigkeit zur Jahreszeit: Sommer bis 60 GW, Winter bis zu 80 GW, Quelle: IWR Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien)

5 5 Die aktuellen Herausforderungen des Marktes und die physikalischen Anforderungen

6 Gegenwärtige Chancen und Risiken Restriktionen für den Betrieb von Kraftwerksanlagen: - politische Ziele und deren Bedingungen (Förderungen EEG) Transport Verteilsysteme - physikalische Wirkungen in den Netzen (Übertragungskapazität) - Gebrauchseigenschaften der Kraftwerksanlagen - Verhältnis von Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit - Marktmechanismen (Vorrang EEG) - Anforderungen der Verbraucher - u.a. Die Restriktionen beeinflussen den Einsatz von Erzeugungseinheiten, darunter kann die Versorgungssicherheit leiden, weil der Strommarkt die physikalischen Notwendigkeiten nicht vollständig berücksichtigt. 6

7 Energiewende mit Erneuerbare Energie Anschluss von EEG-Anlagen erfolgt auf allen Spannungsebenen Einspeisung (vorrangig EEG und konventionelle Technik vorrangig Systemsicherheit) kann zu Transportengpässen auf allen Spannungsebenen führen Erzeugung muss zur Entlastung des Netzes abgeregelt werden? Ausregelung der Fluktuation von Sonne und Wind wenn Speicher nicht reichen Konventionelle Technik muss das ausgleichen? Notwendigkeit der Anpassung der Marktmechanismen Ein Lösungsansatz: -Flexibler Kraftwerkspark, -flexible Verbraucher und ein 7 -intelligentes Steuerungssystem

8 Typische Fahrweise der konventionellen Technik am Netzeinspeisung LO-FP EEX-Preis 60, ,00 MW :00 KW 2 Block R aus Stör. in Res. 40,00 / MWh , , KW 1 DK A1 geplante DR / 11: / 15:00 KW 2 Bl. R / 15: /03:00 Stör. -> Überführung in Reserve NS / 22:18 KW 3 Bl. A im Anfahrbetrieb nach ZR Bl. B seit / 13:40 DKS 10,00 KW 4 Bl. R / 01:50 NS nach 5-tägiger Rep. DKS :00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00-8

9 Intelligente Systemführung vermarkten, optimieren steuern, regeln, ausgleichen 9

10 Überblick zum Steuerungs- und Kommunikationskonzept (Regler zentral) Regelabruf/ Minutenreserve (MOLS) = SOLL Fahrplan/ Vorhaltungen Wirkarbeit /SDL Messung Frequenz Vorhaltung (Wirk, PRIM, SEK, MR) Vorhaltung (Wirk, PRIM, SEK, MR) andere DV Soll Prim Soll WIRK Steuerung, Regelung, Ausgleich f = fsoll f Ist [mhz] Soll Sek Soll MR Soll BLKA Soll =Regelsignal / Sekundär IST= Regelsignal Optimierung Abrechnung Energieumwandlungsanlage Messwert Nettoleistung (MW pro Minute) Regelleistung Ist (Prim, Sek, MR,BLKA) pro Anlage TSO/Netz Stammdaten zur Optimierung Technisch Daten, Kosten Pmax Pmin Verfügbarkeit Schaltzustände Statussignale Regelung (Ein, Aus, Grenzen) Leittechnik 10

11 Steuerung und Kommunikationskonzept von VE als Anlagenbetreiber von Eigene und Kundenanlagen (Konventionelle- und EEG Anlagen) Verfügbarkeit Vermarktung/ Börse/ Markt nach Börse Wetterdaten/ Ist Daten Prognose-Optimierung (Sonne, Wind) Intraday/ Vermarktung Fahrplan AP- Wirk Vorhaltung-SDL Fahrplan Steuerung Regelung Fahrplan SDL/ Vorhaltung EEG Funktion Pvmax/ Speed Vorhaltung ( Minute/ Sekunde) Ist- Wert (MW) und Windspeed Soll Wirkleistung (Minute) (Summe Soll P w + P SDL ) Optimierung/ Steuern Abrechung SDL Soll P W +P MR + P BLKA / Minute Soll P SDL Sekunde nach Börse Soll- Wert (MW)) (Sekunde) Optimierung Planung SDL Ist- Wert (MW) ( Minute/ Sekunde) Vermarktung SDL 11 TSO Vermarktung, Optimierung Soll / Ist Regelung (Sekundär/ Minute) Verfügbarkeit Online Optimierung, regeln steuern, ausgleichen Erzeugung

12 Konfiguration einer geschlossenen Online Optimierung, Steuerung und Regelung VE - Netzwerk 2x PI-Systeme Wärme STO-DB/ AOC/VET PRODAS Protex/ Protokolle Abrechnung VE-B VTS VE-G (3x) Andere Büro-LAN-Standorte Abrechnung Clients im Büro- LAN Standort KW 2 MBit/s Verbindung redundant nach HH zum Dispatch ROU Box1 FW2 Ferndiagnose ISDN1 Ferndiagnose ISDN2 FW1 ROU Box2 Kopplung Büro-LAN über Firewall 2x DMZ suboxx5201 ROU ROU DMZ HH DMZ Box OPC UMTS DSL Kunden Anlagen (EEG) Netz -50 Herz - u.a. T DR5 (mobil) 3xTS(1, 2, 5) 15 KVM Service- Zugriff BTC FS1 EL160 OR1 DS1 DS2 MMS1 DBS1 DBS 2 MMS 2 16x serielle SST OR2 FS2 16x serielle SST EL KVM 3xTS(3,4,6) Frequenzmessung DR6 Drucker Fernwirklinien IEC 101 redund. 19,2 kbit Ankopplung LWL Prozeßringe Nord 12 / Süd Kraftwerke P P Leittechnik

13 Überblick einer Steuerung und Regelung von unterschiedliche Erzeugungstechnologien Beispiel: Vattenfall Germany Ampelanzeige zur Situation im Übertragungsnetz von 50Hz Anzeige Netzfrequenz Status Erbringung Regelenergie Einzelstandorte, gegliedert nach Erzeugungsart Virtuelles Kraftwerk 13

14 Beispiel: Steuerung, Regelung Batterie zur Primärregelung Batterie Nutzbares Arbeitsvermögen Ein = Sollwert gebildet über Optimierung Dieser Wert wird an die Anlage ausgegeben (Voller Hup) Dieser Wert wird aus der Anlage zurückgegeben 14

15 Was ist das Fazit: Voraussetzungen für Smart Grid (Steuerung und Regelung): Einheitliche Abbildung der Gebrauchseigenschaften der Erzeugungsanlagen Erfassung der Flexibilität aus den Anlagen Online Steuerung und Regelung umfasst die Anforderungen der Netzbetreiber wie auch der Abforderung vom Strommarkt Ausprägung des Kommunikation (Redundant und gepuffert/ Stormversorgung) Abgestimmtes Besicherungskonzept zwischen den Stromprodukten Technische Standards für den Anschluss von Anlagen. 15

16 Vielen Dank für das Zuhören!