Das smarte Verteilnetz als Basis einer zuverlässigen Energieversorgung»

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1 Das smarte Verteilnetz als Basis einer zuverlässigen Energieversorgung» Wiener Netzservice-Forum 2014 Christian Schorn Energie Baden-Württemberg AG 19. November 2014

2 Deutsche Erzeugungs- und Verbrauchslandschaft im Jahr 2013 Verteilnetz Last in Deutschland - Leistungsabnahme Spitzenlast: MW Geringste Last: MW Installierte Leistung in GW 35,7 33,2 7,5 5,6 23,7 25,7 21,0 12,1 PV Wind Biomasse Wasser Gas Steinkohle Braunkohle Kernenergie 29,7 47,2 49,8 20,9 39,4 110,3 145,0 92,2 Stromproduktion in TWh Transportnetz Last in Deutschland elektrische Arbeit Daten: Bundesnetzagentur, Leipziger Strombörse Bruttoverbrauch: 600 TWh Nettoverbrauch 540 TWh

3 Die Energiewende stellt neue Aufgaben an die Infrastruktur Historisch Gerichteter Energietransport vom Großerzeuger zum Kunden 1000 MW Aktuell zusätzlich Erzeugung in allen Ebenen mit Rücktransport X MW z.b. Offshore Wind 100 MW 10 MW MW ~ 0,05 MW 0,2 0,5 MW ~ 3 I

4 Allokation der Einspeiser im Netz Auch in Baden Württemberg entsteht Steuerungsbedarf Höchstspannung (Transportnetz, 380/220 kv) Funktion: Transport (europaweit)??? Hochspannung (Verteilnetz, 110kV) Funktion: Überregionale Verteilung ca. 5 GW Wind und andere Mittelspannung (Verteilnetz, 30/20/10 kv) Funktion: Regionale Verteilung (bis ca. 20 km) Niederspannung (Verteilnetz, 0,4 kv) Funktion: Ortsnetz (bis ca. 300 m) Ca. 9 GW PV-Einspeisung 4 I

5 Die deutsche Kraftwerksleistung verlagert sich aus Ballungszentren in bevölkerungsschwache Gebiete Vom Kraftwerk zur Steckdose. Regionen mit hoher Bevölkerungsdichte Kernkraftwerke (in Betrieb/betriebsbereit) Kohlekraftwerke (Braun- und Steinkohle) Windkraftanlagen (Gebiete mit hoher installierter Leistung) Photovoltaik (PV) (Gebiete mit höherer installierter Leistung) 5

6 Auswirkungen der Einspeisung auf das Verteilnetz 110-kV-Netzgruppen werden zu temporären Flächenkraftwerken 110-kV-Leitung 110/20-kV-Umspannwerk Versorgung durch NGO 380/110/20-kV-Umspannwerk Versorgung durch Netze BW, EBT Obersteinach Dezentrale Einspeisung (in MW) April -26. April Bezug vom übergeordneten Netz Rückspeisung in übergeordnetes Netz -100 Deutlich steigende Rückspeisung in kommenden Jahren Quelle: EnBW ODR AG I

7 Einspeisenetze zum Leistungserhalt Vermeidung zusätzlichem Leistungsverlust bei Lastabwurf Ggf. von Abschaltung betroffen Einspeisung bleibt erhalten Einfache Errichtung und Betrieb einer separaten Umspannung nur zur Aufnahme von Einspeiseanlagen (keine n-1 -Sicherung) Vermeidung technischer Probleme der Spannungshaltung größeres Potential zur Bereitstellung von Blindleistung Entlastung des regulierten Netzteils für weitere Kleinstanlagen, z.b. Photovoltaik Heutiges Lastmanagement: zu geringe Einspeisekapazität Verhinderung Netzzusammenbruch rollierende Abschaltung von Mittelspannungsgruppen alle integrierten Erzeuger betroffen Direktanschluss in der 110-kV-Ebene: Anlagen stehen dem Netz uneingeschränkt zur Verfügung 7 I

8 Intelligente Netznutzer Intelligente Netzbetriebsmittel Smart Grid Tools Welche Problemlösungen entstehen im Verteilnetz Art des Problems Spannungsbandverletzung Betriebsmittelüberlastung Versorgungssicherheit Regelbarer Ortsnetztransformator Spannungslängsregler Gerichteter Erd- und Kurzschlussanzeiger Fernwirkbare Lasttrennschalter Dezentrale Automatisierung Einspeisemanagement Lastmanagement (Dezentrale) Blindleistungsregelung Speicher Intelligente Mess-, Prognose- und Kommunikationstechnik 8

9 Blackoutvermeidung /-Beherrschung im Verteilnetz Blackout - Ursache im Verbundnetz: Spannungskollaps Leitungsausfälle Leistungsmangel Handlungspotentiale im Verteilnetz Erneuerbare Erzeugung Demand Side Management Steuerbare dezentrale Erzeugung Speicher 9 I Prämissen: Verteilnetze sind abgeschlossene Netzgruppen Handlungspotentiale gebietsweise ausreichend für Notversorgung Bildung von eigensicheren Netzinseln durch Fangen im Eigenbedarf Dezentraler Wiederaufbau von unten Synchronisationsmöglichkeit zum Verbundbetrieb Gesetzliche/Normative Regelungen vorhanden

10 Krisenbewältigungsplan für das Szenario Defizit an Erzeugungsleistung Stufenplan des Lastmanagements Stufe 0 Normalbetrieb Stufe I Vorwarnung Stufe II-A Warnung Stufe II-B Gefahr Stufe III Krise Regulärer Betrieb Regulärer Betrieb mit zusätzlichen netz-/ marktbezogenen Maßnahmen gemäß 13 (1) EnWG Netzumschaltungen Einsatz von Regelenergie Zusätzlich weiche Anpassungsmaßnahmen gemäß 13 (2) EnWG: Zuschaltung von (Reserve-) Kraftwerken Zusätzlich Vorbereitung Lastmanagement mit Information an: BNetzA Behörden Presse Öffentlichkeit Zusätzlich weitere harte Anpassungsmaßnahmen: Rollierendes Lastmanagement Sollte das Risiko einer zu geringen Erzeugungsleistung bevorstehen, darf der Netzbetreiber nach den genannten Stufen handeln. 10

11 Verbreitung Speichereinsatz zur Eigenverbrauchsoptimierung Netzdienliche Nutzung und Energieinhalte Wie groß ist das Potential eines Speichers, den Eigenverbrauch zu erhöhen? Eigenverbrauchssteigerung durch Batteriespeicher Speicherkapazität 5,4 kwh, Entladetiefe 80 % (1,08 kwh) Steigerung des Eigenverbrauchs um 35% (von auf kwh) Reduktion der Netzbelastung? 11 I

12 Dezentrales Speichersystem als Netzbetriebsmittel Leistungsglättung dezentraler Erzeugungseinheiten Batterie Stabilisieren der Qualität bei starker Einspeisevolatilität Tag Nacht Ausgleich netzdienlich möglich Erprobung der verschiedenen Steueralgorythmen 30 kw 30 kwh Zyklen 12 I

13 Speicher für Systemsicherheit Rechenbeispiel für Langzeitdimensionierung Beispiel Langzeitspeicher: Jahresbedarf D: ca. 540 TWh 14 Tage Flaute: 540 TWh *2/52 = 20 TWh = GWh Pumpspeicher Goldisthal: 8,5 GWh Geplanten mobilen Speicher (E-Mobility): 15 GWh 14-Tage-Speicher E-mobility Goldisthal (größtes deutsches Pumpspeicher Kraftwerk) Selbst bei Masseneinsatz: 20 Mio. Haushalte mit je 10 kwh Batteriespeicher entsprechen 200 GWh Quelle:

14 Autarkie und Selbständigkeit im Netzbetrieb Mode oder Trend? 14 I

15 Eigensichere Verteilnetze Ziele und Chancen Entwicklung eines komplexen Steuerungssystems in einem definierten abgeschlossenen Netzgebiet mit µ- Grid-Controllern Informationen von Abnahme und Einspeisung werden permanent abgeglichen, damit Optimierung eines regionalen Energiesystems Steuerungspotentiale von Lasten und Erzeugern werden für die regionale Netzregelung eingesetzt Zusätzliche Regelenergiequellen werden eingesetzt (Batteriespeicher, Spitzenlasterzeuger, Q/U-Regelung etc.) Erfüllen des n-1 Kriteriums durch Inselnetzfähigkeit und damit Vermeidung von Netzausbau Sicherung der Energieversorgung z.b. auch bei umgebenden Flächenausfällen Netzlabor EnBW 15 I

16 Systemlösungen für eigensichere Netze Welche Komponenten werden benötigt Regionales Energie Management System (REMS) zur intelligenten Steuerung des Netzbetriebs. In diesem System werden alle Messwerte im Netzgebiet erfasst und verarbeitet und Steuerbefehle für die Aktoren (Spannungsregler, GEMS) im Netzgebiet ausgegeben. Gebäude Energie Management System (GEMS, international BEMS) für die lokale intelligente Steuerung von Erzeugungsanlagen und steuerbaren Lasten Betriebsmittel zur Spannungsregelung z.b. durch das REMS gesteuerte Spannungslängsregler und regelbare Ortsnetztransformatoren Betriebsmittel zur Bereitstellung von Erzeugungsleistung zur Bereitstellung von Regel- und Kurzschlussleistung durch Energie- und Leistungsspeicher und Absicherung der Spitzenlastfälle durch Notstromfunktionen, Frequenzhaltung Business Intelligence Plattform (BI) für Demand-Side- und Asset Management 16 I Smart Meter (SM) zur Erfassung von Messwerten, sowie als Schnittstelle zur intelligenten Anbindung des GEMS

17 Fazit Durch die Energiewendepolitik ist von einer deutlichen Leistungsüberkapazität jedoch nicht von ausreichendem Arbeitsinhalt durch erneuerbare Energien auszugehen. MS- und NS-Netze werden auch durch den Einsatz von Smart Grid Technologie temporär zu Flächenkraftwerken. Zusätzlich wird die Eigenerzeugung durch KWK und vermutlich auch Energiespeicherung im Verteilnetz zunehmen Netzbetrieb im Verteilnetz beinhaltet auch energiewirtschaftliche Optimierungsaufgaben (Einspeise-, Lastmanagement) des VNB als verlängerter Arm der ÜNB Dezentrale Erzeugung wird zur Erbringung von Systemdienstleistungen verpflichtet, Stabilität im Verteilnetz wird vorausgesetzt. Die Entwicklung autarker eigensicher Verteilnetze ist zu erwarten. Verteilnetze als Flächenkraftwerke fangen sich im Eigenbedarf, Netzwiederaufbau von unten bzw. Resynchronisierung wird zur Alternative Verbundbetrieb und Übergeordneter Energietransport wird dadurch jedoch nicht ersetzt werden können 17 I

18 Kontakt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Christian Schorn Durlacher Allee Karlsruhe 18

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