Ausbau und Entwicklung der regionalen Energie-Infrastruktur in Thüringen

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1 Ausbau und Entwicklung der regionalen Energie-Infrastruktur in Thüringen Dr. Matthias Sturm Leiter Unternehmensentwicklung 5. Regionale Energiekonferenz Südwestthüringen am in Suhl 1

2 Kennzahlen der TEAG-Gruppe Infrastruktur Installierte Leistung elektrisch (in MW) 226 Installierte Leistung thermisch (in MW) 499 Stromnetz Länge (in km) Transportierte Arbeit Strom (in GWh) Netzlast Strom (MW) EEG-Einspeisung (GWh) Installierte EEG-Leistung am Netz (MW) Gasnetz Länge (in km) Transportierte Arbeit in Gas (in GWh) Netzlänge Wärme (in km) 55 Stromnetz TEN Netzlänge LWL-Glasfaser (in km) Energiewirtschaft (in GWh) Eigenerzeugung Strom 492 Eigenerzeugung Wärme 989 Stromabsatz Kunden EEG-Absatz Erdgasabsatz Kunden

3 Kennzahlen der TEAG-Gruppe Wirtschaftlich (in T ) Umsatzerlöse davon Strom davon Erdgas davon Wärme und Dampf davon Telekommunikation Jahresüberschuss Investitionen Anlagevermögen Menschlich Mitarbeiter Auszubildende 255 Gasnetz TEN Straßenbeleuchtung Glasfasernetz TNK Stand: Wärmenetze 3

4 Auch in Thüringen ist die Herausforderung der Stromnetz- Aus- u. Umbau infolge des Zuwachs Erneuerbarer Energien Installierte Leistung Erneuerbarer Energien in Thüringen diskutierte Ausbauszenarien MW Verfünffachung! MW maximale Netzlast MW Ist nochmals Verdopplung! MW 1000 Plan* Solar Wind Biomasse Neu: Szenario bei Verdreifachung der Windflächen Bisher: Planungsszenario gem. LEP** Biomasse Wind PV Wasser Referenz Ambition * Referenzszenario gemäß Thüringer Landesentwicklungsprogramm LEP2025 4

5 Ausspeisung Einspeisung Thüringer Stromnetz TEN*: EEG-Einspeisung seit 2005 fast vervierfacht; konventionelle Erzeugung um 60% gesunken Jahresenergieeinspeisung und ausspeisung 2015 (vgl. in Klammern: 2005) Einspeisung aus dem EEG-Einspeiser Konventionelle 380-kV-Netz 50Hertz Kraftwerkseinspeisung -11% +260% -60% GWh (2005: GWh ) GWh (2005: 893 GWh ) 499 GWh (2005: GWh) Bilanzkreis Stromnetz TEN* - Netzmenge: GWh (2005: GWh) Firmenkunden GWh (2005: GWh) Privatkunden GWh (2005: GWh) Stadtwerke GWh (2005: GWh) Netzverluste/BV 365 GWh (2005: 356 GWh) * TEN Thüringer Energienetze GmbH = 100% Tochter der Thüringer Energie AG (TEAG) und Betreiber der regionalen Strom- und Gasverteilnetze der TEAG 5

6 Der Anschluss von der für Thüringen bedeutsamen Windenergie erfolgt dabei vorrangig im 110/20-kV-Netz Bereich der fernwirktechnisch bidirektional gesteuerten Erzeugungsanlagen > 100 kw Verteilung EEG-Anschlussleistung in Thüringer Netzen (Stand 12/2014) Wind PV Bio 110 kv 20 kv P [MW] davon direkt angeschlossen in: 380 kv 0 % 0 % 0 % 110 kv 40 % 1 % 0,0 % MS* 60 % 63 % 91 % NS 0 % 36 % 9 % *zu 90% 20kV und inkl. Umspannebene 0,4 kv Anlagen am Netz davon Anlagen > 100 kw 6

7 Das 110-kV-Netz sorgt dabei bereits heute für die Verteilung Thüringer Erneuerbarer Energien zu den Lastschwerpunkten EEG-Einspeisung (MW) 218 Leistungsquotient = = = 7,8 Bezugslast (MW) 28 LK Nordhausen 1,7 Eichsfeldkreis 1,2 Unstrut-Hainich-Kreis 4,4 7,8 Kyffhäuserkreis 8,3 LK Sömmerda Verhältnis < > 3 Eisenach 0,1 Wartburgkreis 3,0 Schmalkalden- Meiningen 0,7 2,0 LK Gotha 0,4 0,4 Suhl 0,4 Erfurt 2,7 Weimar Land Ilm-Kreis 0,2 Weimar 0,2 0,2 Jena 0,4 LK Sonneberg 2,1 4,7 LK Saalfeld- Rudolstadt Saale-Holzland-Kreis 0,4 Gera 2,8 LK Greiz Saale-Orla-Kreis EEG-Leistung v.a. im HS/MS-Netz EEG-Konzentration auf dem Lande, Bezugslasten in und um die Städte Horizontaler Transit über 110-kV-Netz 1,7 LK Hildburghausen 7

8 Die Landesregierung hat das Ziel für Wind in Thüringen noch deutlich mehr Flächen (1% statt bisher 0,3%) bereitstellen Präferenzraumstudie 2015 Konzentration auf Nord- /Mittel-/Ostthüringen Potenzialatlas 2012 Quelle: Döpel Studie, Ermittlung von Präferenzräumen für die Windenergienutzung in Thüringen Auftraggeber: Thüringer Ministerium für Infrastruktur und Landwirtschaft

9 Die geplanten Einspeisungen im 110-kV-Netz der TEN konzentrieren sich somit auf Mittel-, Nord- und Ostthüringen Installierte EE-Leistung pro UW im Referenzszenario 2025 Aktuelle Netzausbaumaßnahmen (teilweise abgeschlossen) EE-bedingte Leitungsverstärkung in den nächsten 10 Jahren 9

10 Der Ausbaubedarf bis 2025 im 110-kV-Netz der TEN ergibt sich folgerichtig entlang dieser Einspeiseschwerpunkte 110-kV-Umspannwerk e Ebenheim und Eisenach 110-kV-Leitung Herda-Martinroda 110-kV-Ltg. Menteroda-Greußen mit den Umspannwerken Ebeleben Menteroda Aufgrund der Ist-Situation aktuell realisierte 110-kV-Freileitungen (aktueller Netzau) Leitungen mit Neubau/Verstärkung in Teilabschnitten infolge EE-Szenario EE-bedingt zu verstärkende 380/110-kV-UWs EE-bedingt zu verstärkende 110-kV/MS-UWs davon fertig gestellt 10

11 Durch die steigende dezentrale Erzeugung wird das regionale Verteilnetz zum Flächenkraftwerk Kraftwerkssteuerung ausschließlich zentral durch Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) vertikale Lastflüsse nur vom ÜNB zum Verteilnetzbetreiber (VNB) Verlagerung der Erzeugungsleistung ins Verteilnetz Vertikale Lastflüsse zunehmend in beide Richtungen Systemdienstleistungen zunehmend durch VNB Dezentrale Steuerung der dezentralen Einspeisung 11

12 Zur Wahrnehmung dieser Aufgaben ist die Erhöhung des Verteilnetz- Automatisierungsgrades erforderlich Bisherige Automatisierung Stromnetz Künftige Automatisierung Stromnetz 380 kv 380 kv 110 kv 110 kv 20 kv 20 kv 0,4 kv 0,4 kv 12

13 Für diese weitere Netzautomatisierung ist das Glasfasernetz unserer Thüringer Netkom GmbH ein wesentlicher Baustein Thüringenweites Glasfasernetz = "Backbone der Netzsteuerung" Netzleitstelle Strom/Gas in Erfurt Fernwirktechnik Umspannwerk Digitales Schutzrelais 13

14 Im Mittel- und Niederspannungsnetz werden punktuell fernsteuerbare und regelbare Ortsnetzstationen eingebaut regelbare Ortsnetz-Trafos sichern lokale Stromverteilung vorher: hohe Spannung Intelligente Ortsnetzstation Regelbarer Ortsnetz- Trafo dreiphasig nachher: Regelung OK PQ-Messdatenmodul Kleinfernwirkgerät 14

15 Im NS-Netz liegt der Schwerpunkt in der Spannungshaltung - Ortsnetztransformatoren mit selbstständiger Regelung PV- Anlagen ON-Station NS-Leitung (Ortsnetz) KV HA Rückspeisung HA Regelbarer Ortsnetz- Transformator (RONT) Niederspannungs- Netzregler (NSNR) Funktionsweise Spannungsregelung 15

16 Die Automatisierung des Verteilnetzes steigt also mit Fortschreiten der Energiewende - Beispiel TEN Fernwirkungstechnisch erschlossene Anlagen Neu: EEG! davon EEG-Anlagen Ortsnetzstationen Schalthäuser Umspannwerke Thüringenweit bereits fast 1000 fernwirktechnisch erschlossene Anlagen Insgesamt rd Messund Steuerpunkte weiterer Anstieg durch neue Technologien/Anforderungen: 1. Zunahme und Vernetzung dezentraler Einspeiser (virtuelles Flächenkraftwerk) 2. Energiespeicher mit Netzund Systemdienstleistungen 3. Intelligente Messsysteme mit Datenfernübertragung (Smart Meter) 16

17 Neu ist das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende (GDEW) es regelt den Einbau neuer intelligenter Zähler bisher: Ferraris-Zähler neu: sogenanntes Intelligentes Messsystem Messung von Elektrizitätsverbrauch Moderne Messeinrichtung (mme) Einbindung über Smart Meter Gateway in Kommunikationsnetz (=Kommunikationsmodul) Intelligentes Messsystem (imsys) 17

18 Die Systemverantwortung in der Infrastruktur bildet Grundlage der künftigen Rolle im Netzgeschäftes Integration Erneuerbarer Energien in Thüringer Versorgungsnetz Ausbau Digitales Netzleitsystem nachher vorher <Bild Höchstspannungsnetz Deutschland von BDEW> Entwicklung intelligenter Netze (Smart Grid) 18

19 Aktuell ist in Thüringen das Verhältnis von EE-Einspeisung Leistungsbezug noch ausgewogen max. EE-Einspeisung: 1,4 GW max. Bezugsleistung: 1,8 GW Installiert (2014) 1,2 GW Wind 1,0 GW PV (1%) 0,3 GW Biomasse Einspeisung Bezug elektr. Leistung MW *EE= Erneuerbare Energien: Wind, Solar, Biomasse, Wasser) 19

20 MW Im "Endspiel der Energiewende" kommt es aber auch in Thüringen zu zeitweilig erheblichen Überschussleistungen max. EE-Einspeisung: 5,1 GW max. Bezugsleistung: 1,6 GW TEAG-Simulation 2030: 1,5 GW PV 4,3 GW Wind (1%) 0,3 GW Biomasse EE-Erzeugung: 10,5 TWh Verbrauch: 10,5 TWh* Einspeisung Bezug *: Annahme Stromerbrauch -10% im Vgl ("Best Case") 20

21 Residualleistung in GW Über/unterspeiste Energie in GWh Überschussleistung und Zeitversatz Erzeugung u. Verbrauch bedingen "Zwischenlagerung" von 10% der Jahresenergie Residualleistung (EE-Einspeiseleistung-Bezugsleistung) Energiebilanz (Einspeisung-Bezug kumuliert) Szenario "Best Case" Erzeugung/a = Bezug/a E= P t dt Benötigte Speicherkapazität: ca. 1 TWh fache vom PSW Goldisthal (ca. 8 GWh) Alternativen: Rückspeisung ins Übertragungsnetz Problem: Überschuss überall zugleich Abregelung der Überschussleistung maximal 3 % sind akzeptabel 21

22 Residualleistung in kw in GW Über/unterspeiste Energie in GWh Beim "Stress-Case": -40% Rückganges des Stromverbrauches sind 25% der erzeugten erneuerbaren Energiemenge übrig! EE-Erzeugung: 10,5 TWh Verbrauch: 7,8 TWh Szenario "Stress Case" Überschuss ca. 2,7 TWh/a Schlussfolgerung: Nur Speicherung + Sektorenkopplung (Wärme) + Ausgleich Übertragungsnetz 22

23 Leistung in GW Je nach Szenario ergeben sich Stunden im Jahr mit EE-Überschussleistung (=36-55% des Jahres) in Thüringen Überspeisung (EE-Einspeisung>Bezugsast) Ist 2014 BestCase 2035 Stress Case 2035 Jahresstunden Unterspeisung (Einspeisung<Bezugslast) 23

24 GW MW Elektroenergiespeicher können nur ein Baustein sein, dieser ist langfristig zu entwickeln (wirtschaftlich/technisch) Leistung Rot. Massen Pumpspeicher Druckluft Einsatzgebiete: - Regelleistung - Spannungsregelung - Spitzenkappung - Inselnetzbetrieb - Kraftwerkseinsatz - Lastverschiebung (DSM) - Eigenbedarf Supraleiter Power-to-Gas kw LiO-Batterien Blei-Batterien Redox-Flow-Batterien Sekunden Minuten Stunden Tage Wochen Monate Herausforderung: Entweder hohe Speicherleistung oder hohe Speicherkapazität Zeit 24

25 Eine künftige Möglichkeit zur Speicherung und Nutzung überschüssiger Erneuerbarer Energie ist Power to Gas (PtG) Unser Anlagenkonzept sieht die Nutzung des regenerativen CO 2 einer Biogasanlage vor Stromnetz CO 2 /Biogas H 2 O Wärme erneuerbare Elektroenergie Erdgasnetz H 2 O Elektrolyseur H 2 Methanisierung / Aufbereitung CH 4 O 2 Nutzung Windgas für Wärmemarkt Rückverstromung in dunkler Flaute Geplante erste Pilotanlage: 500 kw el Elektrolyse 280 kw th Synthesemethan Einbindung in eine Bestandsbiogasanlage CO 2 Bezug aus Rohbiogas Zeitplan: Planung und Bau 2016/17 Inbetriebnahme 2018 zentrale Herausforderung: Verbesserung Wirtschaftlichkeit und Wirkungsgrad 25

26 Auch KWK*-Anlagen sind ein ideale Komplementär zu den Erneuerbaren Stichwort: Power to Heat (PtH) Gasnetz Biogas PV Windkraft Stromnetz liefert Strom bei dunkler Flaute Bezieht Strom bei EE-Überschuss KWK-Anlage Wärmespeicher (5 Freibäder) Vorlauf Elektrokessel (PtH) Fernwärmenetz Rücklauf Pilotprojekt HKW Jena: Nutzung Öko(Strom) für Fernwärmenetz * Kraft-Wärme-Kopplung 26

27 TEAG-Pilotprojekt Stromspeicher soll den synergetischen Markt-/Netz-Betrieb im Versorgungsgebiet austarieren 5. Speicher im HKW 4. Quartierspeicher für exponierte MS-Inseln G 20 kv UW-Sammelschiene 3. Systemspeicher im MS-Netz 0,4 kv TS 2. Quartierspeicher im NS-Netz 1. Objektspeicher in Kundenanlage (bspw. Prosumer) 27

28 Speicher in Kundenanlagen reduzieren PV-Einspeisespitzen bei Maximierung des Eigenverbrauches Beispielprojekt netz- und autarkieoptimale Speicherfahrweise Landwirtschaftlicher Gewerbekunde (25-30 KW Bedarf) PV-Anlage 55 kwp Optimierung Speicherauslegung als Funktion Verbrauchs-/Einspeisegang neu: netzoptimierte Speicherung zur Vermeidung Spannungsanhebung am Netzanschlusspunkt Herausforderung: Dimensionierung der Batteriekennlinie in Abhängigkeit der Lastgänge Einspeiser/Verbrauch Geplante Speicherauslegung 60 kwh Heute sind ca PV-Anlagen im Thür. Netz der TEN, davon aktuell etwa 1,5 % mit Speicher. Potenzial für 15% der Anlagen Für mit Privatkunden vergleichbare Autarkiegrade sind bei Gewerbekunden hohe Speicherdimensionen notwendig 28

29 Alternativ: Der Speicher befindet sich in der Ortsnetzstation TS Beispielprojekt ausgewähltes NS-Netznetz: 9 PV-Anlagen mit insg. 372 kwp 95 Hausanschlüsse + 2 Gewerbe Last < Erzeugung bis 200 kw Rückspeisung in das MS-Netz wurde gemessen Lastgang vom an der TS S in kva Trafoleistung Bezug Erzeugung Zusätzliche Belastung des MS-Netzes, fehlende Kapazitäten für größere Bauvorhaben (bspw. 1 2 MW) Speichergröße: 150 kw/ 300 kwh zusätzlicher wirtschaftlicher Nutzen durch Teilnahme am Regelleistungs-markt (Pooling) Rückspeisung in das MS-Netz 29

30 Diese drei D s werden die Dynamik in der Energieversorgung bestimmen Herausforderungen aber auch Perspektiven Dezentralisierung PV & Speicher off-grid Smart Meter Dekarbonisierung Digitalisierung Energie- Effizienz Smart Home emobility Smart Grid Mieterstrom Eigenverbrauchslösung Die Netze wachsen zusammen: Stromnetz + Wärmenetz + Glasfaser/Internet + Verkehr +? 30

31 vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Matthias Sturm Geschäftsbereichsleiter Unternehmensentwicklung Thüringer Energie AG Telefon