Referenznetzplanung von Mittelspannungsnetzen unter Berücksichtigung geografischer Randbedingungen

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1 Referenznetzplanung von Mittelspannungsnetzen unter Berücksichtigung geografischer Randbedingungen - Gemeinsame Untersuchungen mit der CKW AG - Einleitung Analyse Verfahren Untersuchungsergebnisse Zusammenfassung Marius Sieberichs, Julian Lichtinghagen, Albert Moser, André Kübler Wien, 15. Februar 2017

2 Einleitung 1 Hintergrund und Motivation Aktuelle und zukünftige Entwicklungen in Verteilnetzen Starker Zubau von Erneuerbaren Energien Vermehrt Netzausbau vor allem aufgrund von Spannungshaltungsproblemen Spannungshaltung wesentlich von Abgangslänge beeinflusst Genaue Berechnung der Abgangslängen in Referenznetzplanung zur Prüfung der Spannungshaltung erforderlich Gleichzeitig steigender Kostendruck auf Netzbetreiber Kosten wesentlich durch Graben- und Kabelkosten beeinflusst Abbildung einer realitätsnahen Trassenführung bereits in Referenznetzplanung für kostenminimale Netzauslegung sinnvoll Fokus der Studie geografischer Randbedingungen

3 Einleitung 2 Stand der Netzplanung Berechnung der Abgangslängen in bisherigen Planungsverfahren Berechnung des Luftlinienabstandes benachbarter Stationen Abschätzung eines Umwege-Faktors für das gesamt Netz UUUUUUUUUUUU FFFFFFFFFFFF = GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG IIIIII NNNNNNNN LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL = 1,3 kkkk 1 kkkk = 1,3 1,3 km Konsequenzen der bisherigen Modellierung Fehler bei der Ermittlung von Abgangslängen Unpräzise Prüfung der Spannungshaltung in Referenznetzen Eventuell technisch ungültige Referenznetze Keine Kenntnis über genaue Trassenführung Mehrfachverlegung von Kabeln innerhalb eines Graben nicht abbildbar Unpräzise Schätzung der Tiefbaukosten 1 km Stromkreis 1 Stromkreis 2

4 Analyse 3 Kostentreiber Mittelspannungsnetze (Beispiel CKW) Betriebsmittel Investitionskosten [CHF/km] Kabel (ein Stromkreis) Graben Kabeltrasse (ein Stromkreis) Graben Kabeltrasse (zwei Stromkreise) 430 % 30 Tsd. 130 Tsd. 143 Tsd. 110 % Grabenkosten um Vielfaches höher als Kabelkosten Nur geringe Mehrkosten für zweiten Stromkreise innerhalb eines Grabens Grabenkosten in Kabelnetzen Hauptkostentreiber Mehrfachbelegung von Gräben bietet hohes Kostensenkungspotential Auswertung der Topografie für Netzplanung sinnvoll Berücksichtigung von Mehrfachbelegung innerhalb der Planung Genaue Abbildung der Abgangslängen für Prüfung der Spannungshaltung

5 Analyse 4 Topografische Daten Topografie Vermessung und Beschreibung von natürlichen und künstlichen Geländeformen Geeignete Quellen für Referenznetzplanung Digitale Quellen erforderlich, um rechnerbasierte Lösungsverfahren effektiv nutzen zu können Verwendung von Datenpakten mit allen vorhandenen topografischen Daten (Landschaften, Flüsse, Schienen, Straßen, ) Zur Berechnung möglicher Kabelrouten werden nur die Straßenverläufe benötigt Trassenführung des Ist-Netzes wird ebenfalls berücksichtigt Filterung und Aufbereitung der Daten für Referenznetzplanungsverfahren notwendig

6 Verfahren 5 Untersuchungsmethodik Aufbereitung der topografischen Daten Versorgungsaufgabe Mögliche Trassen Referenznetzstruktur Optimierung Referenznetzstruktur Netzstruktur Generierung Netzentwürfe Ameisenalgorithmus Ameisenalgorithmus Überprüfung Überprüfung technischer technischer Randbedingungen Randbedingungen Wirtschaftliche Wirtschaftliche Bewertung Bewertung Kosteneffizientes und technisch zulässiges Referenznetz

7 Exemplarische Ergebnisse 6 Versorgungsaufgabe Kenndaten Hohe Lastdichte 90 MW Jahreshöchstlast 3 Umspannwerke 178 Ortsnetzstationen Planungsgrundsätze Trassen gemäß Ist-Netz, Leerrohren und Straßenzügen Nennspannung 20 kv Kabeltyp Al 240 mm² Thermische Überlastungen unzulässig Zulässiges Spannungsband ±2,5% im Normalbetrieb +6% und -10% im gestörten Betrieb Umspannwerk Last [kw]

8 Exemplarische Ergebnisse 7 Funktionale Darstellung des Referenznetzes Referenznetz Insgesamt 7 Ringe erforderlich 13 bis 34 Stationen je Ring Stromkreislänge 93,1 km Stromkreislänge sinkt um etwa 10% im Vergleich zum Ist-Netz Anzahl Stationen im Ring Umspannwerk Ortsnetzstation

9 Exemplarische Ergebnisse 8 Realer Trassenverlauf des Referenznetzes 2,5 2 1,5, 1 0,5, Realitätsnaher Verlauf sämtlicher Trassen Umwege-Faktoren 2,1 1,7 1,72 1,5 0 Ist-Netz Zielnetz Max. Ring Min. Ring Umwege-Faktor je Abgang schwankt stark Realer Umwege-Faktor für jeden Abgang erforderlich, um Spannungshaltung präzise zu bewerten Umspannwerk Ortsnetzstation

10 Exemplarische Ergebnisse 9 Grabenbelegung des Referenznetzes Gesamtgrabenlänge 69,3 km Insgesamt 17% der gesamten Grabenkilometer mindestens doppelt belegt Hoher Mitverlegungsgrad im Osten nahe Umspannwerk Kostenunterschied bei Berücksichtigung der Mitverlegung ca. 20% Präzise Schätzung der Tiefbaukosten möglich Grabenbelegung Anzahl der Gräben Grabenlänge [km] 53,2 11,8 2,6 1,1 0 0,1 0,5

11 Zusammenfassung 10 Zusammenfassung Fokus der Studie geografischer Randbedingungen Ergebnisse Referenznetzplanungsverfahren Referenznetze sind praxistauglich Realitätsnahe Trassenführung durch Aufbereitung und Verwendung topografischer Daten Präzise Bewertung der Spannungshaltung sowie Schätzung der Tiefbaukosten Verfahren auch für topografisch anspruchsvolle Versorgungsaufgaben anwendbar

12 Weitere Fragen? Julian Lichtinghagen Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW), RWTH Aachen University Forschungsgruppe: Systemstabilität und Versorgungssicherheit Forschungsthema: Bewertung der Erdschlusslöschfähigkeit im Bahnstromnetz Tel: +49 (0) Institutsleiter Univ.-Prof. Dr.-Ing. Albert Moser