Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das Verteilnetz. Dr.-Ing. Enno Wieben EWE NETZ GmbH

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1 Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das Verteilnetz Dr.-Ing. Enno Wieben EWE NETZ GmbH

2 Inhalt 1 Kurzvorstellung EWE 2 Netzintegration Erneuerbarer Energien 3 1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: etelligence 4 2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer 4 Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box 6 Was intelligente Netze brauchen 2

3 Inhalt 1 Kurzvorstellung EWE 3

4 Versorgungsgebiet der EWE NETZ GmbH 4

5 Technische Kennzahlen des EWE Stromnetzes - Spannungsebenen: 20kV / 0,4kV Umspannwerke 110kV/20kV - fast 100% verkabelt in beiden Spannungsebenen - Jahresspitzenlast: ca. 2GW - Installierte erneuerbare Einspeiseleistung: ca. 3,5GW - Mittlere jährliche Ausfallzeit je Kunde: 3min/a

6 Inhalt 2 Netzintegration Erneuerbarer Energien 6

7 Erneuerbare in Deutschland Quelle: BMU

8 Politische Weichenstellungen Ziele aus dem Energiekonzept Quantifizierte Ziele auf einen Blick Ziele: Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung Offshore Installierte Leistung Entwicklung des Primärenergieverbrauchs (ggü. 2008) 18% 30% 45% 60% 35% 50% 65% 80% 25 GW -20% -50% Entwicklung des Stromverbrauchs (ggü. 2008) -10% -25% Endenergieverbrauch im Verkehr (ggü. 2005) -10% -40% Steigerung der Energieproduktivität pro Jahr Sanierungsrate für Gebäude (Gesamtbestand) Minderung der Treibhausgasemissionen (ggü. 1990) 2,1%/a 2%/a -40% -55% -70% -80% Anzahl Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen Ca. 1 Mio. Ca. 5 Mio. 8

9 Entwicklung der Windenergie im Netzgebiet der EWE MW ausgewiesene Vorrangflächen Einspeisezusage (mit Angebot) Einspeisezusage (z. Teil in Bau) Stand E.ON Netz EWE Netz 2000 Prognose

10 Entwicklung der PV-Leistung in der Region Ems- Weser-Elbe 10

11 Bilanzleistung der EWE vom bis Übergabeleistung Eon 0.7 Wahrscheinlichkeitsdichte [1/GW] Wirkleistung [GW]

12 Konsequenz: Umkehr der Lastflussrichtung

13 Konsequenz: Grundlegender Wandel der Lastflüsse Gestern: Heute:

14 Beispiel für die neuen Lastflüsse im Netz: EWE MS-Netz Bremervörde 1. Problem 110 kv 6.4 km UW Bremervörde T122 4x1800 kw RR0B 3x900 kw RR0C RR71 RR02 4x150 kw 1x600 kw RR53 RR51 RR41 RR31 RR21 RR22 RR72 G 2x75 kw 1x140 kw 4x600 kw U < 0.98 pu SA Mulsum G 3x165 kw 4x600 kw 3x600 kw SA Ebersdorf km G 1x536 kw 1x500 kw SA Selsingen G G 2x250 kw 3x300 kw km SA Elm 24.7 km 30.3 km km U > 1.05 pu RR42

15 Inhalt 3 1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: etelligence 15

16 Was ist etelligence? Das FuE-Projekt etelligence ist ein Gewinner des BMWi-Technologiewettbewerbs E-Energy. gefördert durch das

17 Akteure im Smart Grid: Das etelligence-szenario 17

18 Das etelligence-ziel Demonstration und Erprobung: Regionales Energieversorgungssystem der Zukunft Hoher Anteil Erneuerbarer Energien Intelligente Systemintegration von Erzeugern und Verbrauchern mittels moderner IKT Gesamtlösung: Einbindungen aller Verbraucher und Erzeuger Zukunftsfähigkeit - Liberalisierungskonform - Effiziente Integration der Erneuerbaren Energien Optimierung des Energiepolitischen Dreiecks (Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit)

19 Vom Verbraucher zum aktiven Marktteilnehmer etelligence demonstriert mit ausgewählten Gewerbekunden: technische Machbarkeit - Prognose von Verbrauch und Lastverschiebepotential - Eingriff in die Steuerungstechnik - Umsetzung des optimierten Fahrplan mittels Fernsteuerung wirtschaftlichen Nutzen - Ankopplung an bestehende Märkte (z.b. EEX) - Kennenlernen der neuen Prozesse - Konzeption zukünftiger Energieprodukte 19

20 Inhalt 4 2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer 20

21 Hintergrund Erwartungshaltung: Elektromobilität hat das Potential die Stromversorgungsnetze vor ähnliche technische Herausforderungen zu stellen, wie die durch das EEG und KWKG geförderte dezentrale Energieerzeugung: Potentialabschätzung: 40 Mio PKW, km / a, 0,2 kwh/km 120 TWh Aber vollständig im Verteilnetz! Zielstellung / Herausforderung: Eine möglichst Kostenoptimale und Energieeffiziente Integration der Ladeinfrastruktur in die Stromversorgungsnetze, d.h. Vermeidung von Netzausbau und bestmögliche Nutzung regenerativer Energien.

22 Komponenten der Netzintegration von Elektrofahrzeugen

23 Wichtig: Berücksichtigung der Netzinfrastruktur Beispiel: ausschließlich marktgetriebene Elektromobilität führt zur Überlastung der Verteilnetze! 20 kv EEX Spot 1 kv 2:00 16:00 19:00 18:00 17:00 23

24 Spannungshaltung eines Niederspannungsnetzes bei ungesteuertem Laden 100 Spannungshäufigkeit Land (abends) Bewertung: Bereits ab 25% Elektrofahrzeuge wird in diesem Netz Ausbau notwendig kumulierte Anzahl der Kundenanschlüsse in [%] % 50% 40 25% 0% ,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1 Netzspannung Übergabestelle bezogen auf Un Quelle: EWE NETZ, Bachelorarbeit Rainer Fennen

25 Zeitliche Entwicklung der Netzintegration von Elektrofahrzeugen Ausdehnung Verbundnetz Regelzone HöS-NETZ HS-NETZ MS-NETZ NS-NETZ Testfahrzeuge Einzelfahrzeuge am Hausanschluss Fuhrparks an MS-Ladestationen Privatfahrzeuge & Fuhrparks an verschiedensten MS-Stationen Zeit

26 Anforderungen in der Mittelspannung Wiederholung aller DEA-Probleme in Mittelspannungsnetzen? Spannungshaltung (statisch und dynamisch) Auslastung von Betriebsmitteln, insbesondere von Umspannern Betriebsführung Schutzkriterien Technische Anforderungen an MS-Ladestationen zur Vermeidung der Probleme 1. Grenzleistung P 3. Q-Dynamik (Spannungsregelung) t = ms Q U 5. BDEW 2008 Q t t P+jQ 2. speziell STATCOM 4. P-Dynamik (Regelenergie) 6. Netzleitstelle 20 kv P Q P t = ms (Spinning Reserve) t = ms (Primärreserve) t Schlussfolgerung: Nutzung von Kraftwerkseigenschaften, wie sie beispielsweise moderne WEA bereits heute bieten! Projekt GridSurfer Seite 26

27 NEXT ENERGY: Batteriewechselstation Technische Daten Energiespeicherung und Netz Rückspeisung Speicherkapazität: 6 Akkus à 30 kwh = 180 kwh Ladeumformerleistung: 6 x 60 kw = 360 kw Netzintegration mit FACTS Eigenschaften (Flexible AC Control System) Netzregelung durch definierte Blindleistungseinspeisung

28 Inhalt 4 Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box 28

29 EWE trio smartbox geht an den Start Das Produktpaket seit Februar 2011 zeitvariabler Stromtarif zeitvariabler Erdgastarif Telefon- und DSL-Flat* smartbox: der intelligente DSL-Router Webportal Monats-Check Display** * Bündelung mit DSL- oder LWL-Produkt der EWE TEL GmbH ** optional 29

30 Die Intelligenz des technischen Systems sitzt in der smartbox, einem speziell modifizierten DSL-Router EWE trio smartbox im Kundenhaushalt Webportal DSL-Router Strom- und Erdgaszähler mobiles Display 30

31 Die Komponenten sorgen für Transparenz und ermöglichen die Optimierung des Energiehaushalts Webportal Monats-Check Display 31

32 Zum ersten Mal kann der Energieverbrauch gesehen, verstanden und bewusster beeinflusst werden Visualisierung des Energieverbrauchs Energie aus einer neuen Sicht Energiedaten jederzeit im Blick (Verbrauch, Kosten, CO2-Emission) Aktives Sparen durch verändertes Energiebewusstsein und -verhalten Neue innovative Technik Teilnahme an Energiewelt der Zukunft Intelligente smartbox als Basis für zukünftige Erweiterungen smartes Touchscreen-Display Zeitvariable Tarife für Strom und Erdgas Möglichkeit der zeitlichen Verschiebung von Strom- und Gasverbrauch nur geringe Komforteinbußen durch großzügige Sparzeit (64% der Wochenzeit) Visualisierung der CO2-Emission Transparenz steigert Umweltbewusstsein persönlicher Beitrag zur CO2- Reduzierung nachvollziehbar 32

33 Inhalt 6 Was intelligente Netze brauchen 33

34 Smart Meter liefern wertvolle Messdaten zur Spannungshaltung und Auslastung Voraussetzung für neue Netzregelungskonzepte zur effizienten Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen und Elektrofahrzeugen 34

35 Qualitative Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von Smart Grids volkswirtschaftliche Kosten klassischer Netzausbau Smart Grids Dezentralisierung der Energieerzeugung 35

36 Optimales Netzleistungsniveau Ein auf kurz auftretende Last- bzw. Einspeisespitzen ausgerichtetes (überdimensioniertes) Netz ist aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll Grenznutzen der Kapazitätserweiterung steht in einem Missverhältnis zu den Grenzkosten des Netzausbaus Kosten/ Nutzen Grenznutzen einer höheren Leistungsfähigkeit des Netzes Grenzkosten der Kapazitätserweiterung Wohlfahrtsverlust Optimum Leistungsfähigkeit des Netzes 36

37 Betriebsmittelauslastung im Smart Grid Wahrscheinlichkeit p(s) Smart-Grid klassischer Netzausbau Pfringstnachmittag: Kaum Last, viel Sonne Fläche = Häufigkeit x Dauer Fussball-WM, Regen Scheinleistung S / MVA 37

38 Intelligente Netze von Morgen brauchen Investitionsanreize und Investitionssicherheit F&E-Tätigkeiten der Akteure (insbesondere Netzbetreiber) Aktualisierung des derzeitigen Ordnungsrahmens Garantierten Zugang des Netzbetreibers zu relevanten Messdaten und Kostenanerkennung durch die Regulierung Smart Meter erfassen für Netzführung wichtige Spannung Vermeidung von doppelter Infrastruktur und stranded investments für Messtechnik und Kommunikationsanbindungen eine gesamtwirtschaftliche Betrachtungsweise Bereitstellung einer Kupferplatte durch den Netzbetreiber ist gesamtwirtschaftlich nicht sinnvoll Randbedingungen des Netzbetriebes müssen in marktgetriebene Optimierung einfließen EEG-Ausbau verursacht im Verteilnetz Kosten, die durch Smart Grid-Konzepte volkswirtschaftlich vermindert werden können. 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. KONTAKT EWE NETZ GmbH Cloppenburger Straße Oldenburg Tel BDEW-Kongress 2010 Intelligente Messsysteme_Torsten Maus 39