Photovoltaik-Zunahme erfordert Maßnahmen als Kostenbremse im Netz. Nenning Reinhard Bregenz, am Jänner 2014

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1 Photovoltaik-Zunahme erfordert Maßnahmen als Kostenbremse im Netz Nenning Reinhard Bregenz, am Jänner 2014

2 Themenübersicht» Einspeiserentwicklung in Vorarlberg und im Westallgäu» Die Aufnahmefähigkeit des Stromnetzes» Was kann der Netzbetreiber tun?» Was kann von den Einspeisern erwartet werden?» Sinnvolle Maßnahmen in Vorarlberg 2014 (in Vorbereitung)» Was bedeutet dies für die Installateure? PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 2

3 Verteilernetz (Vorarlberger Energienetze GmbH) Umspannwerke versorgte Gemeinden Trafostationen 28 ~ 100 ~ HS Leitungen (km) MS Leitungen (km) NS Leitungen (km) ~ 400 ~ ~ Max. Netzlast (MW) Install. Trafoleistung (MVA) ~ 550 ~ PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 3

4 APA Meldung PV in AT PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 4

5 Solarforscher erwarten weitere Kostensenkung bei der Photovoltaik nsenkung_bei_der_photovoltaik_ / Umfrage Innovationsallianz Photovoltaik veröffentlicht am »..» Nach unserer Prognose sind bei Solarstromanlagen bis 2020 Kostensenkungen um weitere 30 Prozent möglich. Die Photovoltaik steht weltweit an der Schwelle zur Wettbewerbsfähigkeit mit konventionellen Stromquellen. Sie wird sich innerhalb weniger Jahre in immer mehr Marktsegmenten und Regionen der Erde wirtschaftlich selbst tragen, sagt Professor Eicke Weber, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.» PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 5

6 In DE und auch AT Trend zu PV- Kleinanlagen bis 30kWp PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 6

7 PV-Bestand im Allgäu = 5 x Vlbg. (Bezugswert je Netzstation Ende 2012) kwp/netzstation Vorarlberg (AT) VKW Allgäu 1 VNB in Bayern Bayern Endausbau? PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 7

8 PV - Zubau Entwicklung V-Netz: nun Anteil blau (Österr.) im Vormarsch kw p Vorarlberg Netz (AT+DE) jährlicher PV-Zubau Vorarlberg Allgäu Nun setzt der PV-Zubau in Österreich verstärkt ein Summenmittel da jährliche Werte nicht verfügbar PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 8

9 Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Anstieg der Anlagenbeurteilungen in der Netzplanung Anlagen Entwicklung technischer Einspeiserbeurteilungen je Quartal (Netzplanung) Förderaktion 2012 Förderaktion Förderaktion 2010 Förderaktion PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 9

10 kwp Installierte PV-Leistung (Vlbg.) ( 2020) Installierte Leistung PV-Anlagen bei Vorarlberg Netz (in AT) Aktuell in Vlbg. Übererfüllung der Landesziele mit kwp Landesziele PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 10

11 Netz Niederösterreich: Netzbetreiber mit horrendem Anlagenzubau in Niederösterreich Spannungswächterlandkarte in NÖ Einbau Zusatzgerät Spannungswächter ab 5 kwp erforderlich 23 Streitschlichtungen beim Regulator waren anhängig Seite 11

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17 Folgerungen / Erfordernisse*» Einspeisung aus PV wird zunehmend systemrelevant» Aufgrund hoher Zahl von Einzelanlagen: generelle Ansätze erforderlich» Anlagen im NS-Netz müssen zunehmend Verantwortung für das Netz übernehmen» Mehr Kraftwerksverhalten gefordert» Mitarbeit bei Frequenzhaltung im Störfall» Mitwirkung beim Erhalt des Drehstromnetzes» Mehr Blindleistungsregelung zur Spannungsstützung u. Erhöhung der Netzaufnahmefähigkeit * Aus Vortrag Michael Rapp EnBW am PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 17

18 Einsparungen sind möglich» Die Dichte an Einspeisern steigt.» Bei Häufungen steigt der Druck auf Systemverstärkung.» Nachfolgend Netzbeispiele, bei denen Spannungsregelungsstrategie Q(U) im WR Kabelausbau vermieden werden kann» Die roten Strecken auf den Folgefolien sind mit Q(U) vermeidbar PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 18

19 Beispiel 1 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 19

20 Beispiel 2 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 20

21 Beispiel 3 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 21

22 Beispiel 4 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 22

23 Beispiel 5 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 23

24 Beispiel 6 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 24

25 Beispiel 7 (9 Anlagen auf einem NS-Strang Netz voll) PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 25

26 Beispiel 8 PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 26

27 Die alten Maßnahmen sind nicht mehr alleine sinnvoll» Hauptproblem: Spannungsanhebung in ländlichen Netzen während der Schwachlastzeit» Übliche Reaktion der Netzbetreiber bisher: Zusätzliche Kabel (Leitungsverstärkungen)» Diese sind teuer und dafür unergiebig» Kosteneffiziente Alternativen sind gefragt» Andernfalls ist der Ausbau der Einspeiser (Energiewende) zukünftig erschwert bzw. volkswirtschaftlich fragwürdig. PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 27

28 Strategien zur Beherrschung des PV-Zuwachses 1) Netzverstärkung 2) regelbare ON -Trafos (ront) 3) Wirkstromkompoundierte Spannungsregelung (im Umspannwerk) 4) MS/MS-Längsregler 5) Smart Grids (Intelligente Spannungsregelung mit zusätzlichen Messstellen) 6) Kappung der Einspeisespitzen (Wirkenergieverlust < 5%) kritisch ( -Erträge) 7) Kontrollierter Blindstrombezug/-einspeisung (Beteiligung der Einspeiser an der Blindleistungsregelung) cos - Fixwerteinstellung cos (P) - Regelung gemäß VDE AR-N 4105 Q (U) Regelung beim Wechselrichter in der Kundenanlage Q-Vorgabe durch den VNB gleitend über eine Schnittstelle PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 28

29 Maximale Nutzung der Netzinfrastruktur als Ziel 160% Q(U) 300% Kompoundierung & Q(U) 140% 120% 100% 10% 10% 20% cosφ = 0,85 cosφ = 0,9 250% 200% 20% 20% 40% cosφ = 0,85 mit Kompoundierung cosφ = 0,9 mit Kompoundierung 80% 60% 100% cosφ = 0,95 cosφ = 1 150% 100% 100% cosφ = 0,95 mit Kompoundierung cosφ = 1 mit Kompoundierung cosφ = 1 40% 20% 50% 100% 0% Einspeiseleistung 0% Einspeiseleistung PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 29

30 Stromkompoundierung im Umspannwerk 110kV/MS (geeignet bei homogen verteilter PV-Einspeisung) P,Q Energieversorgungsnetz mit hoher PV-Penetration Position Regler P,Q P,Q P,Q P,Q Übergabestat. Weiterverteiler PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 30

31 Gemessene Leistungsflussumkehr im UW Biesenberg 2012 war 6 MW ins 110kV-Netz 6 MW Rückspeisung (in das 110kV-Netz) PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 31

32 +/- 1% Reglerband Reglersollwert u [%] Klassische Spannungsregelung im Umspannwerk Reglersollwert Juli 2012 vorher Spannung UW-Regler Ist, Mittelwert [%] 103,4% Spannung UW-Regler Soll oberer Grenzwert alt [%] U-Sollwert 102,4% (fix) 101,4% Spannung UW-Regler Soll unterer Grenzwert alt [%] PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 32

33 Stromkompoundierung im Umspannwerk Regelungskennlinie zur Einstellung der Sollspannung in Abhängigkeit des Wirkleistungsflusses Regelungskennlinie für UM-Regler Usoll bei -265 A (-9 MW): 19,64kV (98,2%) Usoll bei 0 A (0 MW): 20,16kV (100,8%) Usoll bei +360 A (+13 MW): 20,9kV (104,5%) Bezugsspannung UB = 20,0 kv Erforderliche Kennlinie wurde mittels Lastflussszenarien über eine Netzberechnungssoftware ermittelt, am Regler programmiert, dann anhand v. Betriebserfahrungen optimiert PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 33

34 +/- 1% Reglerband Reglersollwert u [%] Stromkompoundierung im Umspannwerk Reglersollwert Oktober 2012 nachher Spannung UW-Regler Soll oberer Grenzwert [%] Spannung UW-Regler Ist, Mittelwert [%] Spannung UW-Regler Soll unterer Grenzwert [%] ~ 104,0 % 101% 103% ~ 99,5 % U-Sollwert variabel PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 34

35 Änderung der Spannungshaltung in Netz PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 35

36 Netzfreundliche Einspeisung» Zusätzlich große Wirkung durch Maßnahmen an Wechselrichtern» Damit können mehr Anlagen im bestehenden Netz angeschlossen werden.» Kooperation ist hier sinnvoll hier leisten die PV- Installateure einen positiven Beitrag. PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 36

37 Wechselrichter 3kVA 3 mit Q(U) auf dem Versuchsstand Vorbereitungen Vorarlberg Netz zur flächendeckenden Einführung der Standardbetriebsweise Q(U) in Vorarlberg und im Westallgäu PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 37

38 Die neue Fassung der TOR D4 gibt den Netzbetreibern die Handhabe, die neuen Möglichkeiten moderner Wechselrichter konsequent zu nutzen. PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 38

39 cos φ (P)- Regelung gemäß TOR D4 (seit )» Die Betriebsart cos (P) ist seit (TOR D4 neu) die gültige Ländereinstellung Österreich im WR- Auslieferzustand, soll aber in Vorarlberg nicht gelten (einige Nachteile).» Vorteil: Netzentlastung bei Volleinspeisung» Nachteil: Blindenergie steigt, auch wenn nicht notwendig PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 39

40 Blindleistungsbereitstellung kostet auch Geld Umrüstung des Blocks A mit ehemals MW im abgeschalteten Kernkraftwerk Biblis auf Phasenschieberbetrieb im Blindleistungsregelbereich von -400 bis +900 Mvar durch RWE Power im Jahr Kosten 7 Mio Die Spannungshaltung im deutschen Stromnetz wird durch die Einspeisung schwankender erneuerbarer Energien und die Abschaltung von Kernkraftwerken vor allem im Süden Deutschlands immer anspruchsvoller. Dies hat die Bundesnetzagentur (BNetzA) in ihrem Bericht zu den Auswirkungen des Atomkraftausstieges auf die Übertragungsnetze und die Versorgungssicherheit im Sommer 2011 deutlich gemacht. Seite 40

41 Mögliche Kennlinie der spannungsabhängigen Blindleistungsregelung Q(U) am Wechselrichter PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 41

42 Blindleistungsverhalten cos (P) 2 MS-Abzweige (Modellnetz mit 150kWp je Station) Last; MS-Rückspeisung PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 42

43 Blindleistungsverhalten Q(U) 2 MS-Abzweige (Modellnetz mit 150kWp je Station) Last; MS-Rückspeisung PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 43

44 Regelstrategie Q (U) bei PV-Anlagen Ziel Maximaler PV-Zubau ohne Fernwirkeinrichtung Vorteil Blindenergieflüsse werden auf das notwendige Ausmaß reduziert Netzverluste werden minimiert (Energieeffizienz) Nachteil Parametrierung durch Elektriker erforderlich Netzberechnung wird aufwändiger Risiko Theoretisches Risiko von lokalen Schwingungen Feldversuch im VKW Werksgelände Bregenz-Rieden mit der TU München befindet sich in Endphase PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 44

45 Musternetz zur Veranschaulichung: Anschlussanfrage PV mit 215 kwp Bestand 2x 4x 240AL Netzverstärkung mittels 2x 4x 240AL ca. 350m Netzverstärkung mit Q(U) 1x 4x 240AL ca. 100m ON pdf PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 45

46 Anschlussanfrage: PV mit 215 kwp ist mit verhältnismäßiger Netzverstärkung nicht möglich Berechnung_Netzverstärkung_mit Grundlast.pdf PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 46

47 Anschlussanfrage: PV mit 215 kwp mit großer Netzverstärkung und Q(U) + Grundlast Berechnung_Netzverstärkung_Grundlast_Q(U).pdf PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 47

48 Anschlussanfrage: PV mit 215 kwp mit kleiner Netzverstärkung und Q(U) + Grundlast Berechnung_Netzverstärkung_mit Grundlast_Q(U).pdf PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 48

49 Aufwand für Kunden durch Q(U) Regelung stark reduziert Bestand 2x 4x 240AL Nicht notwendig: Teure Netzverstärkung mittels 2x 4x 240AL ca. 350m Realisiert wird: Netzverstärkung mit Q(U) und nur eine Anschlussleitung ca. 100m ab dem vorderen Haus ON pdf PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 50

50 Info Day mit der Innung am Erläuterung Q(U) warum-wie-wann-wo Einstellung einer Q(U)-Kennlinie an einem WR Fronius IG Plus 150 DI Christain Elbs - Projektleiter Q(U) PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 51

51 Neues Rundschreiben RS » Inhaltlich abgestimmt mit den Weiterverteilern SWF, EWF, MBS, EGR, EGS, SWL» Anlass ist die Neuauflage der Einspeiservorschrift TOR D4» RS zukünftig gültig für alle Einspeiseanlagen, nicht nur PV» Ablaufoptimierung Zählermontage ab 1. März 2014 erst nach Einlangen von Netzanschlussmeldung Installateur (wie bisher) Technisches Datenblatt der tatsächlich eingebauten WR und Module (für laufende Neubeurteilungen) WR-Report -Ausgabe des eingestellten Parametersatzes zur Kontrolle der Einstellparameter Entkupplungsschutz und ab 1.Mai 2014 für Q(U) PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 52

52 Ziele: Kosteneffizient und ergiebig» Projekt Q(U) mit TU München auf dem Werksgelände Bregenz» Q(U) macht im NS-Netz etwa +30% bis +40% PV möglich (Simulationsergebnis bei cos Phi=0,9)» Wirkstromkompoundierte Spannungsregelung wie im UW Biesenberg (Probebetrieb) in allen Umspannwerken» Macht im MS- und NS-Netz nochmals etwa +100% PV möglich» In Summe mehr als Verdoppelung der PV durch intelligentere Netztechnik möglich» Diese beiden Maßnahmen bieten kosteneffizient relativ viel zusätzliche Netzdienstleistung» Vorarlberg Netz setzt nun primär auf diese beiden Maßnahmen PV im Netz - Nenning, Bregenz, Seite 53

53 Unterstützen Sie uns bitte bei diesen gewinnbringenden Maßnahmen! Reinhard Nenning Dipl.-HTL-Ing. Vorarlberger Energienetze GmbH Netzplanung und Power Quality 6900 Bregenz, Weidachstraße 10 Telefon: Fax: Maßnahmen bei hoher PV-Dichte 24.September 2013 Nenning Seite 54