Netze im Zentrum des Energiewandels

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1 Netze im Zentrum des Energiewandels Forschungsgebiete des Lehrstuhls Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum Wuppertal, den 20. Januar 2012 Prof. Dr.-Ing. Markus Zdrallek Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 1

2 Spannungsfeld der Versorgungsnetze Diversifizierte Organisation Verteilnetzunternehmen, Tendenz steigend, starker Trend zur Rekommunalisierung Trennung in DSO und Netzservice Eigenständige Metering-Gesellschaften Technische Herausforderungen Energiewende: Verteilnetze werden zu Einsammelnetzen von regenerativer Energie Steigende dynamische Belastung: Reg. Einspeisungen, Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen Verteilnetze übernehmen zunehmend Aufgaben der Übertragunsgsnetze Intelligente Verteilnetze Permanente Effizienzsteigerung in Asset-Management und Betrieb Abfallender Erlöspfad der Anreizregulierung Gleichbleibende / steigende Renditeanforderungen der Eigentümer Gleichbleibend (hohe) Versorgungsqualität Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 2

3 Energieversorgung im Wandel Veränderte Einspeisung Windkraft Photovoltaik Kernenergie-Ausstieg Blockheizkraftwerke Biomasse Neue elektr. Verbraucher Elektrofahrzeuge Wärmepumpen Elektr. Speicher Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 3

4 Bedeutung für den Energiemarkt I 1. Durchschnittsverbrauch eines Haushalts an elektrischer Energie 1 steigt auf kwh/a an Erheblich größerer Verbrauch an elektrischer Energie 1. Große Menge regenerativer Stromerzeugung führt zu einer 2 deutlich größeren Volatilität in der Einspeisesituation 3. Große Abweichungen zwischen Angebot und Nachfrage führen zu erheblichen Preisunterschieden 3 Häufig erhebliche Abweichungen zwischen Angebot und Nachfrage an elektrischer Energie Happy-Strom-Hour Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 4

5 Bedeutung für den Energiemarkt II 4. Deutliche Preisunterschiede zu verschiedenen Zeiten 4 beeinflussen das Verbraucherverhalten nachhaltig Demand Side Management wird ernsthaft möglich (zum ersten Mal in der Historie der Stromversorgung) 4. Deutliche Preisunterschiede machen die Speicherung 5 elektrischer Energie attraktiver (wirtschaftlicher) Speichereinheiten im Haushaltsbereich Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 5

6 Auswirkungen auf die Netze Verteilungsnetze sind für derartige Belastungen und dezentralen Einspeisungen nie geplant und konzipiert worden gerade im MS/NS-Bereich! Preisgesteuertes Verbrauchs- und Einspeisungsverhalten führt zusätzlich zu erheblichen Belastungsspitzen: Alle Elektroautos laden bei Happy-Hour Alle Photovoltaik-Anlagen speisen ein bei Sonnenschein Erhebliche Kapazitätsengpässe Erhebliche Probleme der Spannungshaltung Intelligenz oder Kupfer? Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 6

7 Einordnung der Forschungsprojekte Netzstrukturen der Zukunft Organisation Technik CO 2 -optimierte Verteilungsnetze Intelligente Niederspannungsnetze (ines) Mittelspannungsnetze der Zukunft Zuverlässigkeit von Offshore-Windparks Effizienz Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 7

8 Spannungsfeld Versorgungsqualität und Effizienz Ziel der BNetzA: Effizienzsteigerung ohne Verlust an Versorgungsqualität Vehikel: Qualitätskomponente (Q-Faktor) in der Anreizregulierung Zuschlag/Abschlag auf Erlösobergrenze bei Abweichungen von der Referenzqualität Q Ref (Nichtverfügbarkeit) Aktuelle Bescheide 2012/13 für 202 Netzbetreiber: 143 x Bonus, 59 x Malus Max. Bonus 4,7 Mio. Max. Malus 4,1 Mio. Insgesamt erlösneutral Begrenzung auf 4% +4% 0% -4% Q min Obergrenze Q Ref Untergrenze Q max Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 8

9 Einflussfaktoren auf Qualität und Effizienz der Versorgung Netzkosten (Capex) Betriebskosten (Opex) kommunizierende Röhren Netzstruktur Redundanz Betriebsmittelalter Automatisierungsgrad etc. Optimierungsaufgabe: Opex und Capex minimieren unter Einbeziehung der Versorgungsqualität Organisation Anzahl Mitarbeiter Qualifikationsprofil Fremdleistungsquote Gebietszuschnitte Rufbereitschaften etc. Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 9

10 Effiziente Betriebsorganisation I 5 x Netzbetrieb 3 x Netzbetrieb 2 x Netzbetrieb Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 10

11 Änderung der Nichtverfügbarkeit je Kunde und Jahr in % Effiziente Betriebsorganisation II 20 % 15% 10% "jeder für sich" "übergreifender Betrieb" Flächendeckender / bereichsübergreifender Netzbetrieb deutlich effizienter (kostengünstiger) praktisch gleichbleibende Qualität der Versorgung 5% 0% - 5% 5 x Netzbetrieb 3 x Netzbetrieb 2 x Netzbetrieb 2 x Netzbetrieb (4 RB) - 10% Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 11

12 Effiziente Organisation der Versorgungsnetze von morgen Asset Owner Asset Owner Asset Owner Asset Owner Asset Owner Asset Owner Asset Owner Asset Owner Asset Owner Kleinteilige Ownership- Struktur durch zunehmende Rekommunalisierung Asset-/Regulierungs- Management in Abhängigkeit des Regulierungsrahmens und des Investitionsbedarfs Deutliche Effizienzsteigerung durch flächenübergreifendes Arbeiten und Know-how- Austausch Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 12

13 Einordnung der Forschungsprojekte Netzstrukturen der Zukunft Modelle für Netz und Betrieb Organisationsstudien Organisation Optimierungsmodelle für den Netzbetrieb Technik CO 2 -optimierte Verteilungsnetze Intelligente Niederspannungsnetze (ines) Kombination von Asset- und Betriebsmodellen Mittelspannungsnetze der Zukunft Zuverlässigkeit von Offshore-Windparks Effizienz Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 13

14 Zustandsbewertung als Basis aller Optimierungsbestrebungen Optimierte Asset-Strategie (Capex) Investitions- und Ausbaustrategie Erneuerungsstrategie Optimierte Instandhaltungsstrategie (Opex) Zustandsorientierte Instandhaltung Reliability Centered Maintenance (RCM) Risk Based Maintenance (RBM) Basis aller Optimierungsbestrebungen ist die möglichst objektive und realitätsgerechte Bestimmung des aktuellen Netz- und Betriebsmittelzustandes! Wie altern eigentlich die Betriebsmittel des Netzes? Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 14

15 Bewertungsaufwand der Komponenten Herausforderungen Zustandsbewertung Riesiges Kollektiv Gleichartige Betriebsmittel Geringer Einzelwert Wenig (Einzel-)Aufwand gerechtfertigt Individualbetrachtung Hoher Einzelwert Hoher Aufwand gerechtfertigt Umgang mit Unsicherheit Checklisten Mittelspannung Niederspannung Spannungsebene Checklisten + einfache Messungen Hoch-/Höchstspannung Checklisten, aufwändige Messungen, Analysen, Bewertungsverfahren Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 15

16 Theorie der Alterung: Badewannenkurve Problem des Alterungsverhaltens von Betriebsmitteln, gerade im MS/NS-Netz, ist nach wie vor ungelöst A(t) Bereich I: Montage-/ Produktionsfehler Bereich II: Konstantes, niedriges Ausfallverhalten Bereich III: Alterung A,II Große Menge einheitlicher Zustandsbewertungen durch Inspektion, Diagnose, Prüfung t Neuer Ansatz: Einheitliche, systematische Zustandsbewertung Intelligente Inspektion (Schnell)-Diagnoseverfahren Verifizierung im HS-Prüffeld Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 16

17 Hochspannungsprüffeld Prüfspannungen: Wechselspannung bis 300 kv Wechselspannung (GIS) bis 230 kv Gleichspannung bis 425 kv Stoßspannung bis 800 kv EMV-Messungen Teilentladungsmessungen Tan-d-Messungen Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 17

18 Einordnung der Forschungsprojekte Netzstrukturen der Zukunft Modelle für Netz und Betrieb Zustandsbewertung Betriebsmittel Organisationsstudien Organisation Optimierungsmodelle für den Netzbetrieb Technik CO 2 -optimierte Verteilungsnetze Intelligente Niederspannungsnetze (ines) Kombination von Asset- und Betriebsmodellen Mittelspannungsnetze der Zukunft Zuverlässigkeit von Offshore-Windparks Zustandsbewertung MS-Netze (COMES) Zustandsbewertung von SF 6 -Anlagen Effizienz Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 18

19 Zusammenfassung und Ausblick Diversifizierte Organisation Weiterhin starker Trend zur Rekommunalisierung Vereinbar mit Effizienzsteigerung, solange der.netzbetrieb großflächig und übergreifend.organisiert wird. Organisation simulieren! Technische Herausforderungen Energiewende erfordert völlig neue Netzstrukturen und Planungsgrundsätze gerade in den Verteilungsnetzen. Intelligenz und Automatisierung dringt in alle Netzebenen vor. Aus-/Umbau der Netze: Intelligenz statt Kupfer! Effizienzsteigerung in Asset- Management und Betrieb Zielfunktion: Optimierung von Capex und Opex bei mind. gleichbleibender Versorgungsqualität Zustandsbewertung als Basis aller Optimierungsbemühungen Badewannenkurve finden! Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 19

20 Herzlichen Dank für die Zusammenarbeit! RWE Deutschland RWE Innogy RWE Rhein-Ruhr Netzservice Prof. M. Zdrallek Elektrische Energieversorgungstechnik 1. Wuppertaler Energie-Forum 20