Technische Aspekte der Netzintegration erneuerbarer Energien

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1 Technische Aspekte der Netzintegration erneuerbarer Energien NOEST Energy Lunch Dr. Herwig Technische Universität Graz Institut für

2 Generelle Anforderungen an Netze Anforderung von Kundenseite: Bereitstellung von Leistung im vertraglich vereinbarten Ausmaß ohne Unterbrechungen, jederzeit verfügbar (Netzzuverlässigkeit) in ausreichender Qualität (Spannungsqualität) Anforderung von Kraftwerksseite: Anschluss von Kraftwerken an geeigneter Stelle keine Einspeisebeschränkungen (Netzleistungsfähigkeit) Deutschland (Verordnung über die Anreizregulierung der Energieversorgungsnetze): Netzleistungsfähigkeit ist gemäß 19 Abs 3 ARegV als Fähigkeit des Energieversorgungsnetzes, die Nachfrage nach Übertragung von Energie zu befriedigen definiert. 2

3 Resultierende Aufgaben Generelle Anforderungen an Netze Transport Erzeugung Verbrauch Ausgleich zwischen Erzeugern mit unterschiedlicher Charakteristik (kalorische KW, Lauf-KW, Speicher-KW, Wind-KW,...) Ausgleich zwischen Verbrauchern mit unterschiedlicher Charakteristik (Vergleichmäßigung der Lastschwankungen) Ausfallreserve, n-1-sicherer Netzbetrieb Spannungshaltung/Blindleistungsmanagement Anbindung von Speichern unterschiedlichster Technologie 3

4 Anschluss von Erneuerbaren Energieträgern Niederspannungsnetz: Leistungsmäßig einige kw Schutzaspekte (Personenschutz) Energiemessung Mittelspannungsnetz: Leistungsmäßig einige MW Spannungshaltung bei langen Netzausläufern Schutzaspekte (Netzschutz) Hochspannungsnetz: Leistungsmäßig im 100 MW-Bereich (Windparks) Lastflussaspekte (Leitungsüberlastung) Ausgleichsenergie Low-Voltage-Ridethrough-Capability 4

5 Eigenschaften von Kraftwerken Unterschiedliche Kraftwerkstypen weisen unterschiedliche Benutzungsdauern T (Voll-Laststunden) auf. W T = P jahr inst P inst = installierte Leistung W jahr =eingespeiste Jahresenergiemenge Damit lässt sich ein Zusammenhang zwischen maximal zu erwartender Leistung und Jahresenergie herstellen. Für die Netzauslegung ist die Leistung maßgeblich! 5

6 Eigenschaften von Kraftwerken Lastgänge von unterschiedlichen Einspeisern (30 min Messwerte) Laufkraftwerk Laufwasserkraftwerk: Praktisch keine Regelung, ankommende Wassermenge wird abgearbeitet, langsame Leistungsänderungen, sehr gut prognostizierbar, keine Korrelation zu Verbrauch ~5600 Volllaststunden 0 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo (Pump-)Speicherkraftwerk Schnelle Regelungsmöglichkeit (einige 10 s) Einsatz als Regelkraftwerk gute Korrelation mit Verbrauch ~1600 Volllaststunden -600 Speicherkraftwerk

7 Eigenschaften von Kraftwerken Lastgänge von unterschiedlichen Einspeisern (30 min Messwerte) 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 Wind Windkraftwerk: Nicht regelbar, mäßig gute Prognose absolut keine Korrelation mit Verbrauch ~ 2100 Volllaststunden 10,0 5,0 0,0 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Wärmekraftwerk: Träges Regelverhalten (einige min..h) bedingter Einsatz als Regelkraftwerk gute Korrelation mit Verbrauch ~ 4100 Volllaststunden 20 Kalorisches Kraftwerk 0 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo -20 7

8 Eigenschaften von Kraftwerken Lastgänge von unterschiedlichen Einspeisern (30 min Messwerte) Prognose Einspeisung Photovoltaik: Praktisch keine Regelung, langsame Leistungsänderungen, sehr gut prognostizierbar, gute Korrelation zu Verbrauch ~800 Volllaststunden 0 18 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Lastgang einer Kleinstadt Verbrauch Kleinstadt 0-20 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo 8

9 Leistung vs. Energie Kraftwerksfahrpläne entsprechen nicht Verbraucherlastgängen Energiespeicher sind notwendig Derzeit sind nur Pumpspeicherkraftwerke sinnvoll dafür verwendbar (Wirkungsgrad) Beispiel Simulation Deutschland: PV: 34 GW Wind onshore: 39 GW Wind offshore: 37 GW Wasserkraft: 5 GW Biomasse: 9 GW Geothermie: 5 GW Quelle: Anforderungen an den Fluktuationsausgleich für die Stromversorgung Deutschlands mit erneuerbaren Energien, Oehsen et al., IEWT 2010 Residuallast ist Differenz aus Verbraucherlastgang und Erzeugung aus erneuerbaren Energien 9

10 Ausbauszenario Österreich Auswirkung auf Übertragungsnetz? Photovoltaik 10

11 Inselnetze Energieautarke und leistungsautarke Netze Energieautarke Regionen oder Netze sind realisierbar Leistungsautarke Netze basierend auf 1/4h-Leistungen sind bestenfalls ausgleichsenergieautark Leistungsautarke Netze müssen innerhalb von wenigen Sekunden die Leistungsbilanz ausregeln können 11

12 Ao. Univ.-Prof. DI Dr. Herwig Institut für Technische Universität Graz Inffeldgasse 18, 8010 Graz 12