NETZENTWICKLUNGSPLAN 2012 METHODISCHE SCHRITTE ZUR ERSTELLUNG DES NETZENTWICKLUNGSPLANS

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1 NETZENTWICKLUNGSPLAN 2012 METHODISCHE SCHRITTE ZUR ERSTELLUNG DES NETZENTWICKLUNGSPLANS Peter Barth, Amprion Berlin, 14. März 2012

2 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 2

3 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 3

4 ENERGIEWENDE: HERAUSFORDERUNG FÜR DIE ÜBERTRAGUNGSNETZE Windenergie bildet die zentrale Säule der neuen Energieinfrastruktur in Deutschland und Europa. Europäische Netzbetreiber planen die Integration von Windkraftanlagen mit 400 GW Leistung in das Gesamtsystem bis 2030 Höchstlast laut ENTSO-E in 2010 : 530 GW Höchstlast laut ENTSO-E in 2030: 640 GW Windanteil: 25% Windanteil: 75% * ENTSO-E, (European Network of Transmission System Operators for Electricity): Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 4

5 DER GROSSTEIL DER ENERGIEERZEUGUNG IST IN ZUKUNFT LASTFERN. DAS NETZ ALS INFRASTRUKTURDIENSTLEISTER FOLGT DER ENTWICKLUNG DER ERZEUGUNGSSTRUKTUR ++ Offshore- Windparks X Leistungsbilanz 2012 [MW] Leistungsbilanz 2022 [MW] Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 5

6 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 6

7 SCHRITTE ZUR ERSTELLUNG DES NETZENTWICKLUNGSPLANS (NEP) Der Netzentwicklungsplan 2012 wird in vier Schritten erstellt. Als realistischstes Szenario wird B 2022 betrachtet. Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 7

8 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Welche Regionalisierung Kraftwerke der werden Szenarien zukünftig Deutschland mit Strom versorgen? Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 8

9 SZENARIORAHMEN SZENARIEN FÜR EINE ROBUSTE NETZPLANUNG Die Genehmigung enthält für die vier Szenarien A 2022, B 2022, B 2032 und C 2022 bundesweite Summenwerte (Installierte Erzeugungsleistung je Erzeugungsart, den Stromverbrauch und die Jahreshöchstlast) und vier Zusatzanforderungen (Sensitivitätsanalysen) Szenario B Szenario A moderater Ausbau EE, unterer Rand im Szenariorahmen, höherer Anteil konv. Kraftwerke (insbesondere Kohlekraftwerke) Szenario B erhöhter Ausbau EE, erhöhte Leistung flexibler Erdgaskraftwerke, keine Umsetzung der Planung von Braun- und Steinkohlekraftwerken, in B2032 weitere Stilllegungen Kohle- und Ölkraftwerke Szenario C Ambitionierter Ausbau EE (Bundesländerzahlen), konv. Kraftwerke wie in B2022, Kürzung Wind onshore und offshore durch BNetzA Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 9

10 SZENARIORAHMEN ÜNB-VORSCHLAG ( ) UND GEHNEMIGTER SZENARIORAHMEN DRUCH DIE BNETZA ( ) Peter Barth (Amprion) 10

11 SZENARIORAHMEN BIETET INFORMATIONEN ÜBER INSTALLIERTE ERZEUGUNGSLEISTUNGEN UND STROMVERBRAUCH BNetzA: Der genehmigte Szenariorahmen wird den gesetzlichen Anforderungen gerecht, da nicht alle denkbaren zukünftigen Entwicklungspfade, sondern nur die Bandbreite der wahrscheinlichen Entwicklungspfade abgebildet werden. Attribute A: konventionell B: ausgewogen C: erneuerbar Im Jahr 2032 wird in Deutschland eine installierte Kapazität von 28 GW Wind-KW offshore und 64,5 GW onshore erwartet Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 11

12 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Wo stehen zukünftige Kraftwerke in Deutschland? Netzanalysen Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 12

13 18 8,3 3,7 10,3 12,1 2,6 3,0 3,3 10 6,7 9,4 3 REGIONALISIERUNG DER SZENARIEN LEISTUNG WINDKRAFTWERKE 2032 Wind offshore:28 GW Wind onshore: 64,5 GW Baden-Württemberg 3,0 GW Bayern 3,3 GW Berlin 0 GW Brandenburg 6,7 GW Bremen 0 GW Hamburg 0 GW Hessen 2,6 GW Mecklenburg-Vorpommern 3,0 GW Niedersachsen 12,1 GW Nordrhein-Westfalen 8,3 GW Rheinland-Pfalz 3,7 GW Saarland 0 GW Sachsen 1,4 GW Sachsen-Anhalt 5,3 GW Schleswig-Holstein 10,3 GW Thüringen 4,1 GW Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 13

14 REGIONALISIERUNG DER SZENARIEN BEISPIEL SZENARIO C2022: EE UND KONVENTIONELLE KRAFTWERKE Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 14

15 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Wie werden Kraftwerke zukünftig eingesetzt? Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 15

16 MARKTSIMULATION ÜBERANGEBOT AN INSTALLIERTER ERZEUGUNGSLEISTUNG Der reine Zahlenvergleich von Angebot und Nachfrage elektrischer Leistung deutet schon auf ein deutliches Überangebot hin. (beispielhafte Zahlen NEP 2012) Installierte Erzeugungsleistung davon Konventionell davon Erneuerbare Energien Verbraucherleistung 220 GW 90 GW 130 GW 85 GW installierte Kraftwerksleistung Eine detaillierte Netzdimensionierung ist ohne genaue Kenntnis zukünftiger Kraftwerkseinsätze bei der vorrangig einspeisenden volatilen EE- Erzeugung nicht möglich! Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 16

17 MARKTSIMULATION DIE EUROPÄISCHE PERSPEKTIVE Export DE Import DE BE NL 2,55 8,06 DK 2,95 1,68 0,63 Deutschland Export 38,63 Import 38,35 2,09 1,24 0,15 0,11 SE 2,05 PL 2,59 Kraftwerkseinsatz erfolgt zur Lastdeckung in Deutschland aber auch für den Energieaustausch mit dem Ausland. LU 5,20 9,51 CZ Werte in TWh Zeitraum: Jan 2011 Dez 2011 Quelle: Amprion 7,59 4,54 17,02 FR The European Interconnected System Amprion Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 17

18 MARKTSIMULATION METHODE EINGANGSDATEN DEUTSCHLAND Daten von Übertragungsnetzbetreibern Analyse Kraftwerkseinsatz und Energieaustausch Marktsimulation Analyse der Netzauslastung Übertragungsnetz Eingangsdaten Europa Blockscharfer Kraftwerkspark Kohle/Kernkraft Gas/Öl Stündliche Zeitreihen (EE-Erzeugung und Last) Übertragungskapazitäten Datenbasis: Szenariorahmen Erneuerbare (Wind/Solar) Wasserkraft AC und HGÜ Komponenten Kapazitäten Preise Verfügbarkeiten Reserveleistung Stündliche Berechnung 8760 Werte /Jahr Kraftwerkseinsatz Handelsflüsse Berechnung durch Übertragungsnetzbetreiber Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 18

19 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Welche Energiemengen werden transportiert? Wie sieht die Netzbelastung aus? Mögliche Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 19

20 NETZANALYSEN SYSTEMGRENZEN UND STABILITÄT Die Systemgrenzen für den Energietransport sind vielfältig. In der öffentlichen Diskussion sind primär thermische Grenzen STABILITÄT Verzögerung von Projekten Volatilität der Last- Einspeisungen Marktintegration Betriebsbereich Wettbewerb Netzoptimierung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 20

21 NETZANALYSEN PERMANENTE STABILITÄT DER NETZFREQUENZ Erzeugung und Verbrauch müssen immer Gleichgewicht gehalten werden. Sollfrequenz 50 Hz Einsatz von Regelleistung Last Erzeugung Prognoseabweichung Lastrauschen Ausfall Last Ausfall Erzeugungseinheit Prognoseabweichung (Wind-, Solar-KW) Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 21

22 NETZANALYSEN MODELLREDUKTION: MODELLIERUNG DES GESAMTNETZES 380/220-kV-Netz 380/220-kV-Netz 110 kv 110 kv F W F W EQ EQ EQ 110-kV-Ersatznetz reduzierter Teil W Wind Äquivalent F Fotovoltaik Äquivalent Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 22 Last

23 NETZANALYSEN NETZMODELL Das Übertragungsnetz wird knotenscharf modelliert. Basis für die Netzberechnungen ist ein knotenscharfes Modell des Höchstspannungsnetzes. Die Umspannung in die unterlagerten deutschen 110-kV- Netze ist vollständig abgebildet. Unterlagerte 110-kV-Netze sind reduziert. Erforderliche Planungsaussagen für das HöS- Netz und die HöS/110-kV- Umspannung können getroffen werden. Bei den europäischen Partnern ist grundsätzlich nur das HöS- Netz abgebildet. Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 23

24 NETZANALYSEN NETZBERECHNUNG Leistungsflussberechnung: Von Knotenleistungen zu Leistungsflüssen IF IF Iterativer Prozessablauf (Beispiel) Start Annahme von Knotenspannungen Vorbesetzung der Korrekturen Berechnung der Korrekturen Korrekturen der Knotenspannungen Berechnung der Knotenleistungen NEIN Vergleich mit den Leistungsvorgaben P + jq = 3U x I* Sind voneinander abhängig Stopp bekannt unbekannt Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 24 JA

25 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität Bleibt das Gesamtsystem stabil? 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 25

26 NETZANALYSEN SYSTEMSTABILITÄT: DIE BLACKOUTPROBLEMATIK Ein System ist stabil wenn. es auch nach einer Störung wieder einen stabilen Zustand einnimmt. die Fähigkeit hat, sich durch möglichst niedrigen Regelungsaufwand zu erhalten.... U Beispiel: Spannung im Netz in Abhängigkeit von dem Energietransport stabil instabil P *) Vorlesungsskript: Stabilität, Prof. Dr.-Ing. habil. Bernd R. Oswald Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 26

27 Verbraucherspannung [kv] NETZANALYSEN SYSTEMSTABILITÄT: DIE BLACKOUTPROBLEMATIK 300 km 1800 MW U [kv] Das hoch ausgelastete 380-kV-Netz stößt über große Distanzen an Grenzen der Spannungsstabilität Die Blindleistungsproblematik bestimmt die Übertragungsfähigkeit des AC-Netzes hoch ausgelastete Netze verschärfen die Blindleistungsproblematik insbesondere bei Störfällen die Spannungsstabilität ist weit vor Erreichen der thermischen Grenze gefährdet der Spannungskollaps ist weltweit die häufigste Blackout Ursache Anzahl Parallelstromkreise 200 Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 27

28 NETZANALYSEN SYSTEMSTABILITÄT: DIE BLACKOUTPROBLEMATIK Aufgetretene Netzstörungen in den letzten Jahren: Weltweit ist der Spannungskollaps eine der häufigsten Blackout- Ursachen FALL LAND ZEITPUNKT BETROFFENE LAST CA. 1 Deutschland MW 2 Belgien FVC MW 3 Schweden MW 4 Frankreich MW 5 Japan MW 6 USA (Westen) MW 7 USA (Westen) FVC MW 8 Niederlande MW 9 USA (Osten), Kanada FVC MW 10 Italien MW Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 28

29 NETZANALYSEN SYSTEMSTABILITÄT: DIE BLACKOUTPROBLEMATIK Beispiel: Spannungskollaps, Frankreich, 12. Januar 1987 Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 29

30 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Lösungsansätze zur Steigerung der Transportkapazität Welche 3. Zusammenfassung Technologien setzen wir zum Netzausbau ein? Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 30

31 LÖSUNGSANSÄTZE ZUR STEIGERUNG DER TRANSPORTKAPAZITÄT DAS NOVA-PRINZIP Lösungen und Technologien zur Netzentwicklung folgen dem NOVA-Prinzip 380/220-kV-Übertragungs-NETZ OPTIMIERUNG VERSTÄRKUNG AUSBAU Upgrade auf Höhere Spannungen ( kv) Freileitung 380-kV-Leitungen Leistungsflusssteuerung Temperaturabhängiger Leitungsbetrieb Hochstrom- bzw. Hochtemperaturleiterseile Kabel Overlay (Perspektive) Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 31

32 LÖSUNGSANSÄTZE ZUR STEIGERUNG DER TRANSPORTKAPAZITÄT HGÜ*-TECHNOLOGIE HGÜ-Pilotprojekte: Technologie zur Lösung der weiträumiger Übertragungsaufgaben? Erste Projektideen zur Netzintegration der Windenergie mittels HGÜ-Technik decken nur einen Teil des absehbaren Transportbedarfs bis 2030 ab: 3 Projekte: Gesamtkapazität 10 GW Transportkapazität Nord-Süd (< 15 GVA) ~3 GW S 90 GW (+ 30 GW vergl. dena II) ~3 GW ~2,5 GW 15 GVA Weitere Übertragungskorridore werden zur Zeit intensiv untersucht ~4 GW HGÜ*- Hochspannungsgleichstromübertragung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 32

33 ZUKÜNFTIGE NETZENTWICKLUNG DIE EUROPÄISCHE PERSPEKTIVE Energiepolitische /Europäische Visionen zu Overlay-Netzstrukturen. Nord-Süd-Verbindungen zur Integration Erneuerbarer Energien Ost-West-Verbindungen zur verbesserten Marktintegration Ausbau und Integration von Wasserkraftspeichern in Skandinavien und der Alpenregion Ausbau und Integration südeuropäischer und nordafrikanischer PV-Potenziale (u.a. Desertec) Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 33

34 INHALTSVERZEICHNIS 1. Energiewende: Herausforderungen für Übertragungsnetze Veränderung der Erzeugungslandschaft Netz folgt der Erzeugungsstruktur der Zukunft ( Infrastrukturdienstleister) 2. Arbeitsschritte zur Erarbeitung des Netzentwicklungsplans Szenariorahmen Regionalisierung der Szenarien Marktsimulation Netzanalysen Stabilitätsaspekte Mögliche Lösungsansätze 3. Zusammenfassung Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 34

35 ZUSAMMENFASSUNG Genehmigter Szenariorahmen bildet eine robuste Grundlage für die Netzentwicklung Verstärkter Ausbau der erneuerbaren Energien führt zur Verlagerung der zukünftigen Erzeugungsstandorte Netz als Infrastrukturdienstleister folgt der Entwicklung der Erzeugungslandschaft Die Dimension der Energiewende erfordert neue Werkzeuge und Methoden in der Netzentwicklung Zur Minimierung des Bedarfs an neuen Trassen wird NOVA-Prinzip und Einsatz neuer, leistungsstarker Technologien für die weiträumige Energieübertragung im NEP-Prozess untersucht Berlin, 14. März 2012 Peter Barth (Amprion) 35

36 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! Peter Barth Amprion GmbH Leiter Netzentwicklung Rheinlanddamm Dortmund Besuchen Sie auch unsere gemeinsame Website Berlin, 31. Januar 2012