Herausforderungen für den Übertragungsnetzbetreiber

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1 Herausforderungen für den Übertragungsnetzbetreiber Veränderungen durch zunehmende EEG Einspeisung und Digitalisierung Jens Jacobs, Systemführung Netze Brauweiler Wiesbaden, 17. Mai 2016

2 Inhalt Einführung Herausforderung: Volatilität Erneuerbarer Energien Zusammenspiel Übertragungsnetz und Verteilnetz Herausforderung: Digitalisierung Zusammenfassung 2

3 Versorgungssicherheit: Rückgrat der Stromversorgung Größtes Transportnetz in Deutschland mit km Stromkreislänge in der 380/220 kv-ebene und 185 Schalt- und Umspannanlagen Verbindet die Erzeugungseinheiten Braunkohlekraftwerke am Niederrhein mit den Wasserkraftwerken in den Alpen: installierte Kraftwerkskapazität ca. 60 GW (ca. 17 GW EE) Durch seine zentrale Lage in Europa ist das Amprion-Übertragungsnetz eine wichtige Drehscheibe für den Stromhandel zwischen Nord und Süd sowie zwischen Ost und West: ca Fahrplannominierungen pro Tag Kuppelleitungen zu neun europäischen Übertragungsnetzbetreibern in sechs Ländern Das Amprion Stromnetz ist Bestandteil des europäischen Verbundnetzes 3

4 Struktur der elektrischen Energieversorgung Übertragungsnetz 380 kv 220 kv Konventionelle Erzeugung Übertragungsnetzbetreiber (TSO) Industrie 110 kv Stadtwerke Industrie Verteilnetz 20/10 kv 380 V Dezentrale Erzeugung Gewerbekunden Haushalte Verteilnetzbetreiber (DSO) 4

5 Observability Area: was Amprion heute online erfasst und visualisiert responsibility area (Netzgebiet Amprion) 185 Schaltanlagen observability area (Beobachtungsbereich HSL-System) Weitere 468 Schaltanlagen Erweiterte Anforderungen für on-line Berechnungen State Estimation Lastfluss-Analyse (n-1)-rechnung Quelle: Amprion GmbH 5

6 Inhalt Einführung Herausforderung: Volatilität Erneuerbarer Energien Zusammenspiel Übertragungsnetz und Verteilnetz Herausforderung: Digitalisierung Zusammenfassung 6

7 Einfluss Erneuerbarer Energien auf die Netzsicherheit Erneuerbare Energien führen zu einem unharmonischen und untypischen Energiefluss im Übertragungsnetz: Windenergie in Deutschland ist meist im nördlichen und östlichen Teil des Landes installiert Hohe Windeinspeisung führt zu hohen Energieflüssen von Nordnach Süd-Deutschland, da der Großteil der Industrie im Süden konzentriert ist PV in Deutschland ist meist im südlichen Teil des Landes installiert Hohe PV-Einspeisung führt zu hohen Energieflüssen im Verteilnetz und zur Rückspeisungen von VNB zu ÜNB. 7

8 Windige Tage sind in Deutschland selten sonnig MW Einspeisung Wind* Einspeisung PV* Summe Wind+PV* Last Deutschland** Januar 2015, 17:00 h Netzlast ca MW Wind ca MW ca. 58% der Last gedeckt durch Windenergie 0 Zeitraum: Mittwoch, 07. Januar 2015 bis Dienstag, 13. Januar 2015 (Starker Wind) 8

9 und an sonnigen Tagen weht der Wind meistens schwach! MW Einspeisung Wind* Einspeisung PV* Summe Wind+PV* Last Deutschland** ca. 55% der Last gedeckt durch Sonnenenergie Juni 2014, 14:00 h Netzlast ca MW Wind ca. 826MW PV ca MW Zeitraum: Dienstag, 20. Mai 2014 bis Sonntag, 08. Juni

10 Erneuerbare Energien (EE*): Installierte Leistung und Erzeugung (h-werte seit 2011) MW EE D Installiert EE D Jahres-Mittel EE PDE max. EE*: MW Wind: MW PV: MW ca. 64% ( ; 15:00) min. EE*: 118 MW Wind: 118 MW PV: 0 MW ca. 0,2% ( ; 23:00) Quelle: Amprion GmbH EE: Wind+PV Erzeugungsganglinie (h-werte) 10

11 Einspeisung EE vs. Netzlast Deutschland Zeitraum: Dienstag, 06. Januar 2015 bis Sonntag, 25. Januar MW Einspeisung Wind* Einspeisung PV* Summe Wind+PV* Last Deutschland** Januar 2015, 17:00 h Netzlast ca MW Wind ca MW Januar 2015, 14:00 h Netzlast ca MW Wind ca. 237MW ca. 0,4% 58% der Last gedeckt durch Wind Energien! (Sturm Elon und Felix) Quelle: Amprion GmbH Datenquellen: * Netz-Transparenz ** ÜNB 11

12 Einspeisung EE vs. Netzlast Deutschland Zeitraum: Donnerstag, 12. Februar 2015 (Tag mit der geringsten Lastdeckung durch EE 2015) MW Summe Wind+PV* Wind* PV* Last Deutschland** Februar 2015, 07:00 h Netzlast ca MW Wind+PV-Einspeisung ca. 800MW ca. 1% der Last gedeckt durch Erneuerbare Energien ca MW konventionelle Erzeugung und Import! Datenquellen: * Netz-Transparenz ** ENTSO-E Erzeugungsganglinie (h-werte) 12 Quelle: Amprion GmbH

13 Einspeisung EE vs. Netzlast Deutschland Zeitraum: Sonntag, 12. April 2015 (Tag mit der höchsten Lastdeckung durch EE 2015) MW Summe Wind+PV* Wind* PV* Last Deutschland** April 2015, 15:00 h Netzlast ca MW Wind+PV-Einspeisung ca MW ca. 92% der Last gedeckt durch Erneuerbare Energien ca MW konventionelle Erzeugung und Import! Datenquellen: * Netz-Transparenz ** ENTSO-E Erzeugungsganglinie (h-werte) 13 Quelle: Amprion GmbH

14 Entwicklung Spot-Preis EE*-Einspeisung seit 2011 Immer größere EE-Strommengen lassen den Börsenpreis stetig fallen MW Einspeisung Wind und PV Spot-Preis Trendlinie Einspeisung Wind und PV Trendinie Spot-Preis 250 /MWh Weihnachten hohe EE*- Einspeisung Stark negative Spot-Preise: bis -240 /MWh negative Preise Quelle: Amprion GmbH 14 * EE: Wind+PV

15 Die Erneuerbaren Energien drängen die konventionellen Kraftwerke aus dem Markt 70 /MWh /MWh Grenzkosten Steinkohle /MWh Grenzkosten Gas /MWh Trendlinie 22 /MWh Grenzkosten Braunkohle und Kernenergie /MWh Entwicklung Spot-Preis Day-ahead seit 2011 (monatlicher Durschnitt) Quelle: Amprion GmbH 15

16 Inhalt Einführung Herausforderung: Volatilität Erneuerbarer Energien Zusammenspiel Übertragungsnetz und Verteilnetz Herausforderung: Digitalisierung Zusammenfassung 16

17 Veränderung der Energielandschaft und Auswirkungen für die ÜNB und VNB Zunehmende Verlagerung der Erzeugung ins Verteilnetz Erweiterter Aufgaben-/ Verantwortungsbereich für VNB (bspw. Bereitstellung von Systemdienstleistungen) Alt: zentrale Erzeugung Neu: zentrale + dezentrale Erzeugung kwh ÜNB 380-kV/220-kV-Netz kwh ÜNB 380-kV/220-kV-Netz VNB 110-kV/MS-/NS-Netze VNB 110-kV/MS-/NS-Netze 17

18 Die Wahrnehmung ist abhängig von der Perspektive des Betrachters... Aus der Nähe betrachtet sieht man auf diesem Bild nur einige Fische......verschafft man sich jedoch einen Überblick, erkennt man das große Ganze! 18

19 Im direkten Umfeld kann das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch vorhanden sein Schweinfurt aber im Umkreis von 100 km wirken dezentrale Erzeugungseinheiten wie ein Großkraftwerk Schweinfurt 19 Photovoltaik Inst. Leistung [MW] +250

20 Auch dezentrale Erzeugungseinheiten führen zu erhöhtem Transportbedarf im Übertragungsnetz durch Rückspeisung hohe PV Einspeisung 200,0 MW geringe PV Einspeisung Trafo1, viel PV 160,0 MW Trafo 2, viel PV Trafo1, wenig PV Trafo 2, wenig PV 120,0 Übertragungsnetz , ,0 0 0, , ,0-120,0-160,0 Quelle: Amprion GmbH ,0 Erzeugungsganglinie (h-werte) 20

21 Zunehmende Herausforderungen für Verteilnetzbetreiber Betreiber Netzebene Anzahl Erzeugungsanlagen Automatisierungsgrad Übertragungsnetzbetreiber Höchstspannung 220 / 380 kv Hochspannung 110 kv Verteilnetzbetreiber ggf. Weiterverteiler / Stadtwerke Mittelspannung Niederspannung 20 kv 400V (230 V) Verhindern unzulässiger Spannungserhöhung durch dezentrale Einspeiser Koordination hoher Anzahl Kleinerzeugungsanlagen ohne eine adäquate Kommunikationsverbindung Umgang mit Lastflussumkehr 21

22 Inhalt Einführung Herausforderung: Volatilität Erneuerbarer Energien Zusammenspiel Übertragungsnetz und Verteilnetz Herausforderung: Digitalisierung Zusammenfassung 22

23 Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende Zertifizierung der Smart- Meter- Gateway Messstellenvertrag Weiterentwicklung von Schutzprofilen Regelung Ausstattung von Messstellen Mindestanforderungen an Intelligente Messsysteme Kostenregulierung Messstellenbetrieb Regelung Betrieb Messstellen Technische Vorgaben zum Datenschutz Bilanzierung Anpassung von Preisobergrenzen Anbindungsverpflichtung Regelung zur Datenkommunikation Informationspflichten des Messstellenbetreibers Das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende regelt die intelligente Kommunikation für das Stromnetz der Zukunft. 23

24 Mögliches Kernkonzept des Gesetzes: sternförmige Datenverteilung bzw. Kommunikation Admin Sternenförmige Kommunikation macht Vorteile der Digitalisierung für alle Akteure nutzbar Dienstleister Kunde/ Smart- Meter Lieferant Alle Marktteilnehmer erhalten direkt die Daten, die sie benötigen oder für die der Kunde eine Berechtigung erteilt hat mehr Effizienz durch Datensparsamkeit VNB ÜNB Geschützte Datenkommunikation (BSI-Schutzprofil) Jeder Marktteilnehmer erhält und verarbeitet künftig die Daten, die er zur Ausführung seiner Aufgaben benötigt. Dies führt zu einer schnelleren und effizienteren Verteilung der Daten. 24

25 Digitalisierung aus Sicht eines ÜNB kann den Strommarkt (EOM 2.0) stärken die Integration der Erneuerbaren Energien unterstützen die Systemstabilität und Versorgungssicherheit verbessern helfen, die zunehmende Komplexität des Energiesystems zu managen Abrechnungsprozesse effizienter gestalten Kosten und Zeit sparen nur in Kooperation mit Verteilnetzbetreiber bewältigt werden Die ÜNB können ihre leistungsstarken IT-Strukturen nutzen, um Daten sicher zu verarbeiten. 25

26 Digitalisierung aus Sicht eines ÜNB führt aber auch zu einem erhöhten Datenaufkommen zu zusätzlichem Bedarf an schwarzfallfesten Kommunikationsverbindungen zu einem erhöhten Bedarf an neuen Methoden zur Verarbeitung der Daten zu einem erhöhten Bedarf an neuen Visualisierungskonzepten zu einem erhöhten Aufwand im Bezug zu IT-Security 26

27 Anforderungen der ÜNB im Zuge der Digitalisierung unteranderem für real-time Daten der EE-Einspeise (bspw. zur Verbesserung der Einspeiseprognosen) real-time Daten (bspw. Spannung) der unterlagerten Netze (min. die 1. Kaskade der direkt angeschlossenen VNB) einen direkter Zugriff auf EE-Anlagen (bspw. zur Anpassung der Erzeugung) einheitliche Sicherheitsstandards bzgl. Cyber-Security 27

28 Inhalt Einführung Herausforderung: Volatilität Erneuerbarer Energien Zusammenspiel Übertragungsnetz und Verteilnetz Herausforderung: Digitalisierung Zusammenfassung 28

29 Zusammenfassung Die aktuellen Herausforderungen für die Übertragungsnetzbetreiber sind: Die Integration regenerativer Erzeugung Die Veränderung der Erzeugungsstruktur: Stilllegung der Kernkraftwerke auf Grund gesetzlicher Vorgaben Außerbetriebnahme konventioneller Kraftwerke auf Grund der Marktwirkungen Der Ausbau der EE erfordert eine deutlich intensivere Zusammenarbeit von ÜNB und VNB. Digitalisierung ist und bleibt gemeinsame Aufgabe Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber, die nur in enger Kooperation bewältigt werden kann. Durch die zunehmende Digitalisierung der Energielandschaft sind die bisherigen Rollen der Marktteilnehmer zu überprüfen. Eine europaweite Kooperation der ÜNB ist für die Versorgungssicherheit unverzichtbar. Eine europäisch koordinierte Energiepolitik ist notwendig um die aktuellen Herausforderungen zu bewältigen. 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Systemführung Netze Brauweiler