Integration Erneuerbarer Energie in Verteilnetze Stand und Prognose

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1 Integration Erneuerbarer Energie in Verteilnetze Stand und Prognose Dr.-Ing. habil. Hans Roman Fachbereichsleiter Netzentwicklung, Prokurist envia Verteilnetz GmbH, Halle

2 Gliederung Unternehmensprofil Entwicklungstendenzen dezentraler (verteilter) Erzeugung Konfliktfelder bei der Integration dezentraler Erzeugung 2

3 Unternehmensprofil envia Verteilnetz GmbH enviam tätig in Sachsen, Sachsen-Anhalt, Brandenburg und Thüringen Netzgeschäft der enviam in 3 Gesellschaften ausgegliedert envia Verteilnetz GmbH envia Netzservice GmbH envia Service GmbH Netzbetreiber Netzservice Kundenservice, Abrechnung Daten * km² Fläche 1,7 Mio. Netzkunden km Leitungen 110/20 (30,15,10) /0,4 kv 180 HS/MS-Umspannwerke MS/NS-Stationen GWh Absatz (Netz) 3500 MW Höchstlast 1400 MW Schwachlast 3000 MW EEG 1000 MW KWK u. a. * Angaben gerundet 3

4 Entwicklungstendenzen dezentraler Erzeugung (1) Dominierende Erzeugungsanlagen Anlagen kleiner Leistung (< 30 kw Anschluss in NS, < 200 kw an MS/NS) Solare Strahlungsenergie / Fotovoltaik (Wohnhäuser) Mini-BHKW (Gas, Öl, Diesel Brennstoffzelle, Mikroturbine??) Anlagen mittlerer Leistung (< 10 MW, Anschluss in MS, HS/MS) Solare Strahlungsenergie (Fotovoltaik) Mittlere KWK (Gas, Öl, Diesel, Biomasse) Windkraftanlagen Anlagen größerer Leistung (< 100 MW, Anschluss in HS, HöS/HS) Solarparks (50 MW bereits im Bau, 200 MW avisiert) Industrielle KWK-Anlagen ( 170 MW) Windparks ( 80 MW) 4

5 Entwicklungstendenzen dezentraler Erzeugung (2) Verteilung der Anlagenleistung nach Energieträgern* Häufigkeit Leistungsverteilung Solare Strahlungsenergie 60% 50% 40% 30% 20% 10% Häufigkeit Leistungsverteilung Kraft/Wärme-Anlagen (inkl. Biomasse) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% % Installierte Leistung in kw Installierte Leistung in kw Leistungsverteilung Wasserkraftanlagen Leistungsverteilung Windkraftanlagen (Betreiber) Häufigkeit 10% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% Häufigkeit 25% 20% 15% 10% 2% 1% 5% 0% % Installierte Leistung in kw Installierte Leistung in kw * Daten für envia NETZ 5

6 Entwicklungstendenzen dezentraler Erzeugung (3) Verteilung nach Energieträgern* Verteilung der Anlagenzahl nach Energieträgern Verteilung der abgegebenen Energie nach Energieträgern Wasser Gas Sonstige Biomasse Wind Gas Sonstige Wind Solare Strahlung Wasser Biomasse Solare Strahlung Wind Solare Strahlung Biomasse Wasser Gas Sonstige Wind Solare Strahlung Biomasse Wasser Gas Sonstige 5000 Anlagen 4000 MW Verteilung der Anlagenleistung nach Energieträgern Sonstige Gas Wasser Biomasse Solare Strahlung Wind * Daten für envia NETZ Stand 2007, gerundet Wind Solare Strahlung Biomasse Wasser Gas Sonstige 6

7 Entwicklungstendenzen dezentraler Erzeugung (4) Korrelation Windeinspeisung und Last (Daten 2005) Verteilung der Benutzungsstunden von Windeinspeisung und EVU-Last Benutzungsstunden Windeinspeisung Last 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 P/Pinst bzw. Pmax 7

8 Entwicklungstendenzen dezentraler Erzeugung (5) Entwicklung der installierten Leistung nach Spannungsebenen* Einspeiseleistung in MVA kummuliert HS-Netz MS-SS MS-Netz NS-Netz 57 % 19 % % 0 bis * Daten für envia NETZ, gerundet 1 % 8

9 Konfliktfelder bei Integration dezentraler Erzeugung (1) Verschlechterung der Spannungsqualität Spannung Zulässiges Band nach EN ab 2009 : 230V ±10% vorher 220V +6%/-10% ~ ~ ~ Einzellasten gleichmäßig verteilt aber stark schwankend Einspeisung zeitgleich (Sonne) und ungleichmäßig verteilt Bei hoher Einspeiseleistung und geringer Last Spannungsüberhöhung Geräteschäden (Glühlampe) Funktionsstörungen Maßnahmen: Einspeiseanlagen mit Spannungsregelung ausrüsten Robustere Verbrauchsgeräte (Preis) 9

10 Konfliktfelder bei Integration dezentraler Erzeugung (2) Verschlechterung der Spannungsqualität Erzeugung in Gleichspannung (Fotovoltaik) Netzwechselspannung wird mit Wechselrichtern aus Gleichspannung erzeugt Sinuskurve wird per Elektronik erzeugt (keine reine Sinusform) Spannungskurve des Netzes wird verzerrt (Oberschwingungen) Geräteschäden Funktionsstörungen Maßnahmen : Filter Netzverstärkung 10

11 Konfliktfelder bei Integration dezentraler Erzeugung (3) Gefährdung Netzsicherheit durch Überlastung von Betriebsmittel Netz bisher in der Regel für zentrale Erzeugung ausgelegt bisher 100% 100 % Strom in einer Richtung vom Großkraftwerk bzw. vorgelagertem Netz zum Verbraucher heute 0 % 100% Stromrichtung indifferent geringe Stromverluste 100% 11

12 Konfliktfelder bei Integration dezentraler Erzeugung (4) Gefährdung Netzsicherheit durch Überlastung von Betriebsmittel morgen zum Teil schon heute 100% 100% Rückspeisung typisch Grenzwerte werden im Idealfall noch nicht überschritten 200..% Situationen mit Betriebsmittelüberlastung häufen sich 150% 50% Netzsicherheit gefährdet 200.% Betriebsmittelschäden Gefährdung Netzausfall 12

13 Konfliktfelder bei Integration dezentraler Erzeugung (5) Gefährdung Netzsicherheit durch Überlastung von Betriebsmittel Maßnahmen : Netz verstärken (Netzausbau) kann aber Zuwachsgeschwindigkeit nicht folgen Maximale Übertragungskapazität operativ nutzen (z.b. abhängig von Umgebungstemperatur, Leitungsmonitoring) Einspeiseleistung entsprechend Situation (Netzengpass, Leistungsüberschuss) operativ reduzieren (Netzsicherheits-, Erzeugungs-, Einspeisemanagement) Verbrauch beeinflussen Zu- und abschalten von Verbrauchern (Lastmanagement) Lastabnahme verschieben Speicher einsetzen Pumpspeicherwerke (wirtschaftlich, Standortfrage) Druckluftspeicher (Technik) Wasserstoff (Kosten) Batterien (Pb, Li-Ion, Kosten) 13

14 Konfliktfelder bei Integration dezentraler Erzeugung (6) Gefährdung Systemsicherheit - Überspeisung M W 4000 Höchstlast Schwachlast Verhältnis Installierte Einspeiseleistung / Schwachlast envia NETZ bereits bei 2,5 14

15 Konfliktfelder bei Integration verbrauchsnaher Erzeugung (7) Situation envia NETZ in der Regelzone Tag mit Schwacheinspeisung / Starklast Tag mit Starkeinspeisung / Schwachlast Leistung in MW Einspeisungen VE-T Einspeisungen VE-T :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Zeit In lastschwachen Zeiten durch regionale Erzeugung erhebliche Rückspeisung in das Übertragungsnetz (Vattenfall Europe Transmission) Leistungsüberschuss in der Regelzone (Verschärfung durch Offshore-Anlagen) Maßnahmen : :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Zeit Re-Dispatch, negative Regelenergie (nicht EEG-Erzeuger abbieten), geht nur bis zur technischen Mindestleistung, sonst Eingriffe in Erzeugung/Last ( 13 (2) EnWG) Netzausbau zum Transport in andere Regionen 15

16 Maßnahmen zur Integration dezentraler Erzeugung Netzbetreiber Weiterentwicklung der Anschlussregeln für Erzeugungsanlagen Netzausbau entsprechend Zumutbarkeit / Möglichkeit (Kosten, Genehmigung) Anpassung technischer Konzepte (Schutz!!!) Hersteller von Erzeugungsanlagen Fähigkeit zur Spannungsregelung Reduzierung Oberschwingungen (Wechselrichter, Filter) Betreiber von Erzeugungsanlagen Einsatz netz- und systemkonformer Technik Markt- und systemkonforme Einspeisung (Vorrang EEG, KWK??) 16

17 Ausblick Dezentrale Erzeugung wird weiter zunehmen Fehlende Allokationssignale zur Erzeugung durch Gesetzgeber verursachen Konflikte Netztechnische Probleme (Verteilnetz) sind beherrschbar Netzausbau hat reale und volkswirtschaftliche Grenzen (Netzpreise) 17