Einfluss von auslegungsrelevanten Netznutzungsfällen auf die Netzdimensionierung

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1 Einfluss von auslegungsrelevanten Netznutzungsfällen auf die Netzdimensionierung Dipl.-Wirt.-Ing. Sören Patzack Niklas Erle, B.Sc. Dr.-Ing. Hendrik Vennegeerts Univ.-Prof. Dr.-Ing. Albert Moser , 14. Symposium Energieinnovation, Graz

2 85% 100% 80% Hintergrund und Motivation Auslegung des Netzes auf Basis von Netznutzungsfällen Zunahme dezentraler Erzeugungsleistung aus Erneuerbaren Energien (EE) Begrenzte Netzanschlusskapazität Netzausbau notwendig, insbesondere im Nieder- und Mittelspannungsnetz (Probleme mit Spannungshaltung) Verwendung von auslegungsrelevanten Netznutzungsfällen (NNF) zur Netzdimensionierung Klassische Annahme Starklast-/Starkeinspeisefall Pauschale Anwendung auf alle Netze Keine einheitlichen Annahmen in der Branche Wesentliche Fragenstellungen dieses Beitrags: 100% P/P 50% max 0% -50% -100% Definition Starkeinspeisefall 1. Welchen Einfluss haben die Annahmen auf die modellierte Netzbelastung? Installierte EE-Leistung Deutschland Studie 1 Studie 2 Studie 3 Wind PV Last 2. Wie wirkt sich dies auf die Auslegung des Netzes und damit die Netzausbaukosten aus? Keine Beantwortung der Fragestellung, welche Annahmen Realität geeignet abbilden Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 2 50 GW NS MS HS

3 Netzplanung Technische Randbedingung sowie heutiges Vorgehen Netzplanung mit dem Ziel der effizienten, sicheren Verteilung der Energie vom Erzeuger zum Verbraucher Aufteilung des Spannungsbandes Technische Randbedingungen MS-Netz ONT NS-Netz Quasistationäre Spannungshaltung Thermische Strombelastbarkeit n-1-kriterium (nach Umschaltung) Kurzschlussstromfestigkeit UW HS/MS Verwendung von auslegungsrelevanten NNF zur Dimensionierung des Netzes Heutiges Vorgehen: Definition von Annahmen Worst-Case-Annahmen, Anwendung auf alle Netze + Geringer Aufwand, impliziter Sicherheitspuffer - Mögliche Überdimensionierung des Sicherheitspuffers +2% (MS-RL) +3% (AR 4105) Heutiges Vorgehen in Netzplanung Trennung Netz Annahmen Kunden Planungsrelevante NNF Auswirkungen von NNF-Annahmen auf Netzdimensionierung zu quantifizieren Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 3 +10% EN el. Entfernung vom UW -10% EN 50160

4 Anteil Heterogenität von Verteilnetzen Notwendigkeit der Differenzierung Stark variierende Versorgungsaufgaben Installierte EE-Leistung abhängig von geographischen und regionalen Faktoren Lastkonzentration in Städten Netztopologie und Betriebsmittel abhängig von Versorgungsaufgabe Netzbetriebskonzept Historischer Netzentwicklung Berücksichtigung der Heterogenität über synthetische MS-/NS-Netze 1. Strukturelle Differenzierung (Stadt/Land/Dorf) 2. Regionale Differenzierung (Nord/Mitte/Süd) 3. Szenarienpfade Versorgungsaufgabe 2030 (Progressiv/Linear/Degressiv) 27 radiale MS-/NS-Netze untersucht Versorgungsaufgabe Deutschland Fläche deutscher MS-Netze Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 4 10% 5% 0% km²

5 Bestimmung der Netzausbaukosten Überblick Gesamtverfahren Modellnetze 2015 generieren Netzplanung für aktuelles Netz Versorgungsaufgabe für 2030 platzieren Netzplanung für 2030 Annahme 3: Studie Y Annahme 2: Studie X Annahme 1: Konventionell Anlagen 2015 Anlagen 2030 Grenzwert verletzt Netzausbau Iteration für alle NNF-Annahmen 27 Verteilnetze unterschiedlichen Typs simuliert Netzkosten für vier NNF-Annahmen aus veröffentlichen Studien ermittelt Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 5

6 Durchschnittliche Netzausbaukosten Exemplarische Ergebnisse 1/2 Durchschnittliche Netzausbaukosten, bezogen auf NNF-Annahmen 4,0 Mio. 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-24,6% -18,7% -38,0% Dena-Studie EnBW-Studie BMWi-Studie Basisfall Differenz zwischen Studie und Basisfall Kosten für Trafo MS NS Großteil der Netzausbaukosten fällt im Mittelspannungsnetz an Deutliche Auswirkungen der NNF-Annahmen auf Netzausbaukosten Niedrige Gleichzeitigkeit von PVA (EnBW-Studie) führt zu geringeren modellierten Netzbelastungen Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 6

7 Durchschnittliche Netzausbaukosten Exemplarische Ergebnisse 2/2 Netzausbaukosten der Verteilnetztypen, bezogen auf NNF-Annahmen 4,5 Mio. 4,0 3,5 36% 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 43% 34% Dena EnBW BMWi Basisfall Spreizung 0,0 Nord Mitte Süd Höhere Netzausbaukosten im Verteilnetztyp Süd Regionales Gebiet hat Einfluss auf Auswirkungen der NNF-Annahmen Netztyp sowie Versorgungsaufgabe bei Auswahl ggf. zu berücksichtigen Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 7

8 Zusammenfassung Motivation Netzdimensionierung auf Basis auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle (NNF) Auswahl in Branche nicht einheitlich Methodik Generierung synthetischer Verteilnetze Simulation von Netzausbau für Versorgungsaufgabe 2030 Exemplarische Ergebnisse NNF-Annahmen haben deutlichen Einfluss auf Netzausbaukosten Region kann Einfluss auf Auswirkungen haben Aufgeworfene Fragestellung: Wie sieht eine realitätsnahe Auswahl von auslegungsrelevanten NNF aus? Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 8

9 Last Ausblick Auswahl von Netznutzungsfällen auf Basis von Zeitreihen Realitätsnahe Modellierung der Netzbelastung auf Basis von Zeitreihen Bestimmung der auslegungsrelevanten Netznutzungsfälle Optimierungsverfahren zur Generierung von synthetischen, wenigen Netznutzungsfällen zur bestmöglichen Abbildung* Laufende Untersuchungen: Ableitung von Anwendungsregeln zur netzstruktur- sowie versorgungsaufgabenbasierten Auswahl 20 MW Starklast-/Schwachlastfälle 0 10 MW Netznutzungsfall Einspeisung Auslegungsrelevant 100% 50% P/P -50% 0% max -100% Starklast Wind Haushalte Pauschal Starkeinsp. PV Gewerbe Abschätzung Wohngebiet Dorf, >50km² *erste Ergebnisse im Rahmen Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 9 von PV: f(n PVA ; Netzfläche) Industrie: f n PVA ; Kundenart

10 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Sören Patzack, FGH e.v., Abteilung Systemstudien Tel: +49 (0) Sören Patzack Einfluss auslegungsrelevanter Netznutzungsfälle , Graz 10