Das Stromnetz in der modernen Energiewelt

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1 Das Stromnetz in der modernen Energiewelt DI. Björn Frittum-Lafer Inhalt # Kurze Geschichte # Der liberalisierte Energiemarkt # Das Stromnetz # Dezentrale Energieerzeugung # Ökoenergie im Netz 1

2 Kurze Geschichte Geschichtliche Entwicklung der Elektrotechnik Ohm sches Gesetz 1821 Maxwell-Gleichungen 1864 Wechselstromtrafo 1885 Gründung der NEWAG 1922 Gleichstrommotor 1829 Edison s Glühlampe Drehstromkraftwerk 1898 Letzte Elektrifizierung in Niederösterreich 1963 ab 1800 ab 1825 ab 1850 ab 1875 bis 1900 bis 1925 Wechselstromgenerator 1862 Kirchhoffsche Gesetze El. Straßenbeleuchtung Drehstromtrafo 1887 Elektrische Mariazellerbahn

3 Der liberalisierte Energiemarkt Der Weg der Energie Erzeuger Erzeuger A Netz (Leitungen, Trafos, ) => physikalische Gesetze B Erzeuger Auf welchem Weg kommt die Energie vom Erzeuger A zum B? Diese Frage ist in vermaschten Netzen nur nachträglich zu beantworten! 3

4 Freier Markt und Natürliches Monopol Geld Erzeuger Erzeuger Erzeuger Freier Markt Energiehandel Netz mit phys. Gesetzen Geld Natürliches Monopol Versorgungsgebiete per Parallele Errichtung und Betrieb von leitungsgebundenen Netzen ist volkswirtschaftlicher Unsinn Die Rolle des Regulators E-Control Bund 100%-Eigentümer Gesetzlicher Auftrag Umsetzung Richtlinie 96/92/EG (Elektrizitätsbinnenmarktrichtlinie) Netzbetreiber natürliches Monopol Überwachung und Prüfung der verrechneten Netzkosten Verordnung der Netzkosten Kontrolle der Trennung Erzeugung u. Vertrieb- Freier Markt Schaffung und Überwachung fairer Marktbedingungen Festlegung der Marktregeln Förderung des Wettbewerbs 4

5 Energiehandel an der Börse ( # Lieferant erstellt Absatzprognose: Kleinkunden statistisch gut vorhersagbar Großkunden müssen Fahrpläne abgeben # Märkte für unterschiedliche Zeithorizonte Langfristiger Einkauf von 100 % (Börse oder direkt) Kurzfristiger Handel von Energie wegen Unterschied zwischen der langfristigen und kurzfristigen Prognose Day Ahaed (bis zu 15:00 des Vortags) Intraday (bis 45 Minuten vorher) # Ausgleich zwischen tatsächlichem Verbrauch und Prognose Regelreserve Übertragungsnetzbetreiber 9 Regelreservemärkte der APG (Übertragungsnetzbetreiber Austrian Power Grid) # Übertragungsnetzbetreiber hält die Stromwaage zwischen Verbrauch und Erzeugung im Gleichgewicht # Hierzu Verträge mit Kraftwerksbetreibern für Netzregelung auf konstant 50 Hz Primärregelung (sofort), 70 MW Sekundärregelung (im Minutenbereich), 200 MW Tertiärreglung (in der ¼-Stunde), -125 MW / 280 MW # Besondere technische Ausstattung der Generatoren # Vergabe über Regelreservemärkte 10 5

6 Das Stromnetz Das europäische Verbundnetz (ENTSO-E) ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) # Alle Länder gleicher Farbe sind elektrisch starr verbunden # Alle Länder haben die selbe Netzfrequenz # Permanente Messung der übertragenen Energie an den Landesgrenzen Ist die Erzeugung gleich dem Verbrauch Netzfrequenz konstant Probleme im Übertragungsnetz: - Durchleitungskapazität - verursachergerechte Verlustverrechnung - Erzeugung steigt langsamer als Verbrauch 6

7 Das APG-Hochspannungsnetz Strom-Versorgungsgebiet der Netz NÖ 14 7

8 Das Stromnetz der Netz Niederösterreich GmbH (ca km) 380kV 380kV-Ltg. 220kV-Ltg. APG (ENTSO-E) Kunde G UW 110kV Freileitungsnetz Netz NÖ Kunde G 20kV Freileitung ca. 35% Kabel ca. 65% 400V Freileitung ca. 11% Kabel ca. 89% Kunde G Kunde Kunde Kunde Kunde ca Kunden Kraftwerke am Netz der Netz Niederösterreich (Stand 2016) # Windkraftanlagen MW # Wärmekraftwerke, Blockheizkraftwerke, Co-Generation MW # Photovoltaik 200 MW # Biomasse, Biogas, Deponiegas, MW # Wasserkraftwerke 150 MW # Summe MW # Zum Vergleich: Netzspitze ca MW 8

9 Erzeugung im Netz der NNÖ (Jahresenergie) Bezug aus dem Übertragungsnetz Ökoenergie 39% 45% Thermische Kraftwerke 16% 17 Dezentrale Energieerzeugung 9

10 Anschluss von Ökostrom-Anlagen APG Netz NÖ 220/380kV-Netz 110/380kV-Netz Windparks Großwasserkraft 20kV-Netz Windräder, Biogas, KWK, Kleinwasserkraft 400V-Netz PV-Anlagen, Klein-KWK Micro-Windräder Installierte Ökostrom-Anlagen im Netz NÖ-Gebiet Wasserkraft 8% Biomasse/Biogas 5% PV-Anlagen 12% Windkraft 75% Öko-Erzeugung gesamt: MW Stand Jänner

11 Vergleich der Jahresenergieerzeugung bei Ökostrom-Anlagen 80% 75% 70% 60% 50% 40% 30% 64% Installierte Leistung Erzeugte Energie 20% 10% 5% 18% 8% 13% 12% 5% 0% Wind Biomasse Wasser Phot Stand Jänner 2016 Entwicklung der Windkraftanlagen in Megawatt

12 Entwicklung der PV-Anlagen in Megawatt Ausblick der Ökostromentwicklung in Österreich # Land Niederösterreich: Energiefahrplan MW Wind 500 MW Photovoltaik # Bundeskanzler Faymann bei der Klimakonferenz Paris Bis 2030 Strom zu 100% aus Ökoquellen Bis 2050 Endenergie zu 100 % aus Ökoquellen # Die Frage ist immer, auf welche Größe sich die politischen Angaben beziehen: Energieautarkie? Bilanz der Jahresmengen Leistungsautarkie? Gleichgewicht Verbrauch & Erzeugung 24 12

13 Ökoenergie im Netz 25 Windenergie im Hochspannungsnetz Herausforderung für die Netzbetreiber: # Hohe installierte Leistung # Erzeugung schwankt stark (keine Grundlastdeckung) # Schnelle Umkehr der Lastflüsse im Hochspannungsnetz # Spannungshaltung und Leitungsauslastung problematisch # Vorrang der Sicherung der öffentlichen Versorgung # Verbrauch und Erzeugung nicht synchron :00 12:00 00:00 Prognose und tatsächliche Erzeugung (Quelle: APG, ) 13

14 Windenergie im Hochspannungsnetz Übertragung aus Erzeugungsregionen (grün) zu Lastzentren (rot) nicht über 110kV-Netz der Netz NÖ möglich ~750 MW Energiefluss über APG-Netz ~500 MW Spannungssituation bei dezentraler Erzeungung Trafost. Spannung Nur Trafost. Spannung wenige Erzeuger 14

15 Spannungssituation bei dezentraler Erzeungung Trafost. Spannung Viele Erzeuger Lastprofil für einen Haushalt mit PV-Anlage: Erzeugung übersteigt Verbrauch um ein Vielfaches elektrische Leistung 0:00 12:00 24:00 Abhilfe für unzulässige Spannungsanhebung Spannung 1 Ltg. 2 Ltg. Netzverstärkung Spannung Längsregler 15

16 Abhilfe für unzulässige Spannungsanhebung Spannung Q(U) P(U) Q(U)- und P(U)- Kennlinien Spannung Regelbarer ON-Trafo Smart Grids Geregelte Spannung Trafost. Stromnetz Datennetz Zeitliche Anpassung des Verbrauchs an die dezentrale Erzeugung Datennetz und massive Änderung des Verbrauchsverhaltens erforderlich dezentrale Energiespeicherung als Puffer notwendig 16

17 Zukünftige Herausforderungen für den Verteilernetzbetreiber # Energiewende findet im Verteilernetz statt # Einzug der IKT-Technik in die klassischen Netze, um fluktuierende Erzeugung zu beherrschen # Neue Berufsbilder entstehen Computertechniker, der im hüfthohen Schnee einen Mast zimmern kann # Investition in die Netze (Leitungen, IKT) # Investitionen beim Kunden (Kleinerzeugung und Speicher) # Umstellung der persönlichen Gewohnheiten 33 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 17

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