8. Solartagung Rheinland-Pfalz

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1 Netzentlastung / Netzstabilität durch Photovoltaik 8. Solartagung Rheinland-Pfalz Dipl.-Ing. Christian Synwoldt 13. September 2012

2 Referent Christian Synwoldt Dozent IfaS Umwelt-Campus Birkenfeld, FH-Trier Freier Mitarbeiter Autor Mehr als Sonne, Wind und Wasser Alles über Strom

3 Die Realität übertrifft jede Prognose Zahlen: BEE, BNetzA Grafik: IfaS

4 Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS

5 Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS

6 Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS

7 Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS

8 Netzebenen Höchstspannung kv Transport 2 Hochspannung kv 4 Mittelspannung kv Verteilung 6 Niederspannung V Grafik IfaS

9 Photovoltaik-Anlagen im Deutschen Netz Anlagenanzahl Summe Anlagenleistung Summe 20,97 GW Datenqualität! Zahlen: energymap.info, Stand ; Grafik: IfaS

10 Einspeisung und Netzlast Absolute Werte 2011 Netzlast Wind 50hertz amprion tennet transnetbw max. Netzlast MW MW MW MW Netzlast zum Zeitpunkt max. Wind-Einspeisung MW MW MW MW max. Wind-Leistung MW MW MW 458 MW Photovoltaik max. Netzlast MW MW MW MW Netzlast zum Zeitpunkt max. PV-Einspeisung MW MW MW MW max. PV-Leistung MW MW MW MW Relative Werte 2011 Maximale Einspeisung Wind in Bezug zur max. Netzlast 50hertz 70,6 % amprion 14,9 % tennet 39,5 % transnetbw 3,6 % in Bezug zur akt. Netzlast 113,6 % 19,2 % 59,1 % 5,4 % Gleichzeitigkeitsfaktor 84,9 % 88,9 % 80,4 % 85,0 % Grafik: cc-by-sa, wikiuser Ice gixxe Zahlen: 50hertz, amprion, tennet, transnetbw Photovoltaik in Bezug zur max. Netzlast 13,1 % 11,6 % 27,8 % 18,2 % in Bezug zur akt. Netzlast 29,3 % 16,9 % 49,3 % 23,8 % Gleichzeitigkeitsfaktor 48,4 % 59,7 % 62,3 % 65,7 %

11 Saisonale Last und Einspeisung (2011) Mittelspannung Zahlen Stadtwerke Mainz Niederspannung

12 Tagesgang Last und Einspeisung ( ) Mittelspannung Zahlen Stadtwerke Mainz Niederspannung

13 Netzstabilität Photovoltaik Stützung des Netzes Bereitstellen von Blindleistung Spannung Frequenz Windenergieanlagen (zusätzlich) Systemdienstleistungen Fault Ride Through Voltage Ride Through

14 Netzstützung Optionen Blindleistungskompensation blindleistungsfähige Wechselrichter Spannungsstützung Einspeisemanagement reduzierte Einspeiseleistung bei Überfrequenz stufenweise Kennlinie Ost-/West-Ausrichtung regelbare Ortnetztransformatoren Kompensation des Spannungsabfalls am Einspeisepunkt

15 Wirkleistung und Blindleistung Verbraucher und Netze verfügen über kapazitives/induktives Verhalten und machen das Bereitstellen von Blindleistung erforderlich. Ein Maß für die Blindleistung ist der Verschiebungsfaktor cos ϕ. Grafiken SMA Spannung und Strom in Phase Wirkleistung Phasenverschiebung ϕ zwischen Spannung und Strom Blindleistung

16 Blindleistungskompensation Wechselrichter Scheinleistung gewünschter / geforderter Verschiebungsfaktor cos ϕ = 0,95 zusätzliche Wechselrichter-Leistung nur im Ausgangskreis Blindleistung pendelt im Netz cosϕ Bild SMA

17 Spannungsanhebung U/U N Ortsnetztrafo Leitungswiderstand NEP U 0 U L U V Lastwiderstand U V = U 0 - U L (Verbraucher) NEP Maßnahmen zur Verringerung der Spannungsanhebung: 1. Leitungswiderstand (komplex!) verring. 2. Spannungsabfall U L verringern 3. Spannung U 0 verringern Grafik IfaS Ortsnetztrafo Leitungswiderstand NEP U 0 U L U PV PV-Anlage (Einspeisung) U PV = U 0 + U L

18 Regelbarer Ortnetztransformator U/U N NEP Betriebszustände Schwachlast und hohe dezentrale Einspeisung Starklast und geringe dezentrale Einspeisung Spannungsanhebung am Netzeinspeisepunkt auf zulässigen Bereich begrenzen Bild EON-Avacon

19 Blindleistungskompensation Verringerte Spannungsanhebung bei gegebener Netzimpedanz und Verschiebungsfaktor cos ϕ = 0,95 Die Impedanz von Niederspannungsnetzen hat einen höheren ohmschen Anteil, daher ist der Netzimpedanzwinkel Ψ kleiner als in der Mittelspannungsebene. Grafik SMA

20 50,2 Hz Problem Abschalten von PV-Anlagen Hintergrund Richtlinie Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz (2005/2006) Netztrennung bei 50,2 Hz Folge vom Verband der Netzbetreiber gefordert PV-Anlagen mit aktuell (Sommer 2012) 29 GW p gehen gleichzeitig vom Netz Netzstabilität gefährdet, Jojo-Effekt Lösung Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) vom gleitende Verminderung der Leistung im Frequenzbereich 50,2 Hz < f < 51,5 Hz Übergangsregelung für Neuanlagen seit Nachrüstpflicht für Bestand bis Ende 2014

21 Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) Nachrüstpflicht Wer ist betroffen? PV-Anlagen am Niederspannungsnetz mit mehr als 10 kw p, Inbetriebnahme mit mehr als 100 kw p, Inbetriebnahme PV-Anlagen am Mittelspannungsnetz mit mehr als 30 kw p, Inbetriebnahme Nachrüstung erfolgt durch Netzbetreiber kostenlos für Anlagenbetreiber Pflicht zur Zusammenarbeit, sonst entfällt EEG-Vergütung

22 Einspeisemanagement Systemstabilitätsverordnung Frequenzstützung Grafik IfaS

23 50,2 Hz Problem nachzurüstende Anlagen > 10 kw p (NS) Ecofys / IFK September 2011 ab (alle Netzebenen) SysStabV Juli > 100 kw p (NS) > 30 kw p (MS) > 100 kw p 6 Monate Zeitraum für Nachrüstung Kostenverteilung > 30 kw p 24 Monate kw p 36 Monate > 10 kw p für Anlagenbetreiber kostenfrei oder bis zu definierender Zumutbarkeitsschwelle Netzbetreiber; 50 % Netzentgelt 50 % EEG-Umlage Quelle Ecofys / IFK, BDEW

24 Ost-West-Ausrichtung Vorteile mehr Ertrag bei gleicher Spitzenleistung geringere Wechselrichterleistung größere Flächeneffizienz Bilder IBC, Photon

25 Dezentrale Speicher Bilder Siemens, Conergy

26 Dezentrale Speicher Einsatz und Zweck Management von Last und Einspeisung Haushalt Eigenbedarf optimieren Betrieb Lastspitzen vermeiden Quartier Management der Einspeisung Windpark PV-Freiflächenanlage Netznutzung geringe Entfernung zwischen Einspeisung und Verbraucher Vermeiden von Spitzenlasten Vermeiden von Übertragungsverlusten

27 Zentraler und dezentraler Lastausgleich Grafik SMA

28 Last zwischen privatem Haushalt und Netz 4-Personen-haushalt und PV-Anlage mit 5,6 kw p Grafik SMA

29 Last zwischen privatem Haushalt und Netz 4-Personen-haushalt und PV-Anlage mit 5,6 kw p zusätzlich: Speicher mit 2,2 kw und 5,5 kwh Grafik SMA

30 Last zwischen privatem Haushalt und Netz 4-Personen-haushalt und PV-Anlage mit 5,6 kw p zusätzlich: Speicher mit 2,2 kw und 5,5 kwh zusätzlich: Ladeschwelle bei 1,9 kw Einspeiseleistung Wetterprognose! Grafik SMA

31 Einspeisung und Eigenbedarf Solarmodul Stromnetz Wechselrichter = kwh Strombezugszähler Solarzähler Einspeisezähler kwh kwh Haushalt, Verbraucher Bilder: Bosch Hausgeräte Grafik: IfaS

32 Einspeisung und Eigenbedarf Solarmodul Stromnetz Wechselrichter = kwh Strombezugszähler Solarzähler Einspeisezähler kwh kwh Haushalt, Verbraucher Bilder: Bosch Hausgeräte Grafik: IfaS

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Christian Synwoldt

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