SYSTEMSICHERHEIT UND RESERVEKRAFTWERKSVERORDNUNG

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1 SYSTEMSICHERHEIT UND RESERVEKRAFTWERKSVERORDNUNG Dr.-Ing. Simon Krahl, FGH e.v. ARBEITSKREIS ENERGIETECHNIK VDE-Bezirksverein Südbayern e.v. 20. März 2014, München Forschungsgemeinschaft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.v.

2 Gliederung Hintergrund und Motivation KKW-Moratorium Angespannte Netzsituationen im Winter 2011/12 Gesetzliche Rahmenbedingungen Novelliertes EnWG Reservekraftwerksverordnung Systemanalysen Bestimmung des Reservekraftwerksbedarfs für Winter 13/14 Ausblick 1

3 Kurzvorstellung FGH e.v. über 90 Jahre Forschung im Dienste der Energiewirtschaft 1921: gegründet als Studiengesellschaft für Hochspannungsanlagen e.v. seit 2003: An-Institut der RWTH Aachen Sitz in Mannheim und Aachen Aufgaben: - Forschung, Entwicklung und Beratung - Systemstudien, Softwareentwicklung, Anlagenbewertung - Aus- und Weiterbildung - Vertretung der Energiebranche in Gremien - Akkreditierte Zertifizierungsstelle für Kraftwerkseigenschaften dezentraler Erzeugungsanlagen Umfang: > 40 Mitgliedsunternehmen 55 Mitarbeiter (FGH-Gruppe) 2008: Ausgründung der FGH Test Systems GmbH 2011: Ausgründung der FGH GmbH 2

4 HINTERGRUND UND MOTIVATION 3

5 KKW-Moratorium und beschleunigter Kernenergieausstieg Auswirkungen der kerntechnischen Unfälle in Fukushima KKW-Moratorium mit sofortiger Stilllegung der sieben ältesten KKW und KKW Krümmel in 2011 Zeitgleiche Abschaltung von 6,3 GW Erzeugungsleistung Stilllegung von Krümmel und Brunsbüttel (2,1 GW) Beschleunigter Kernenergieausstieg Dauerhafte Stilllegung der Moratoriums KKW Vorgezoge Abschaltung der verbleibenden KKW Grafenrheinfeld B 2015 Gundremmingen B 2019 Quelle: Wikipedia 4

6 KKW-Moratorium und beschleunigter Kernenergieausstieg Stark zunehmende lastferne WEA-Erzeugung vornehmlich in Nord-D Plötzlicher Wegfall von Erzeugungsleistung in Süd-D durch KKW- Ausstieg Resultierende hohe Nord Süd-Lastflüsse können verfügbare Transportkapazitäten überstiegen Kurzfriste Netzanalysen zeigten Bedarf an weiteren Gegenmaßnahmen, z.b. Phasenschieber Biblis 900 MVAr (übererregt) bis MVAr (untererregt) Inbetriebnahme 13. Februar 2012 Zwischenzeitlich bestand nach Atomgesetz Möglichkeit eines Reserve-KKW Verhindert durch Kontrahierung von konventioneller Kraftwerksreserve Erzeugungsdefizit in Nord-D führte insbesondere zu Problemen mit Spannungshaltung Beschleunigte Realisierung der Kuppelleitung Gorries-Krümmel wurde erforderlich 5

7 Angespannte Netzsituationen im Winter 2011/12 Im Winter 2011/12 kam es infolge hoher WEA-Erzeugung und beschleunigtem KKW-Ausstieg zu mehreren angespannten Netzsituationen 08. und 09. Dezember 2011 Hohe WEA-Einspeisung > 19 GW Hohe Netzlast Ungeplante Nichtverfügbarkeit in Süd-D KKW Grundremmingen C (1,3 GW) weiteres KW (700 MW) Amprion Max. Leitungsauslastung im (n-1)-fall* TenneT 50HzT Leitungsauslastung zwischen % Leitungsauslastung zwischen % Leitungsauslastung zwischen % Leitungsauslastung über 120% TNG Quelle: BNetzA/ÜNB Erstmaliger Einsatz von österreichischen Reserve-KW erforderlich 6

8 Auslastung Mittelrheintrasse [ka] (Rommerskirchen-Weißenthurm) Angespannte Netzsituationen im Winter 2011/ bis 10. Februar 2012 Europaweite Kältewelle Erzeugungsschwerpunkt im Nord-Westen von DE Lastsenke in Süd-D sowie hoher Export nach AT, FR, CH Bilanzkreisunterdeckungen Gasknappheit Nahezu vollständiger Einsatz aller verfügbaren KW in Süd-D Überlastungen von Leitungen NRW Süd-D Kritische Netzsituationen bei 3,2 2,8 2,4 2,0 Starklast und hoher WEA-Erzeugung Starklast und geringer WEA-Erzeugung Strom im (n-1)-fall Grenzwert Quelle: BNetzA/Amprion 7

9 Gasversorgungsengpass Februar 2012 Hohe Gasnachfrage von Haushaltskunden aufgrund tiefer Temperaturen Reduzierter Gasimport am Grenzübergangspunkt Weidhaus Kältewelle und hohe Gasnachfrage auch in Russland Innenpolitische Gründe mit Auswirkungen auf Exportmengen Unterbrechung von Gas-KW mit unterbrechbaren Gasverträgen Zeitgleiche Nichtverfügbarkeit von bis zu 1.4 GW el. Geringere Ölbevorratung hätte bis zu 2.1 GW Nichtverfügbarkeit führen können Quelle: BNetzA 8

10 GESETZLICHE RAHMENBEDINGUNGEN 9

11 Anpassungen gesetzlicher Regelungen Nach beschleunigtem Kernenergieausstieg in 2011 und Gasknappheit im Februar 2012 ergab sich aus Netzsicht Notwendigkeit für weitere Kraftwerksreserven Sicherstellung der Brennstoffversorgung relevanter KW Am novelliertes EnWG regelt in 13a Verfügbarkeit der von Stilllegung bedrohten systemrelevanten KW (Reservekraftwerke) Pflicht zur Stilllegungsanzeige des KW-Betreibers mit einem Jahr Vorlauf Stilllegungsverbot wenn ÜNB Systemrelevanz des KW ausweist und BNetzA genehmigt Sofern Weiterbetreib technisch und Wirtschaftlich möglich in 13c Sicherstellung der Brennstoffversorgung systemrelevanter Gas-KW Verpflichtung zur Absicherung der Leistung Ausschöpfen der Möglichkeiten zum Brennstoffwechsel sowie Optimierungs- oder Ausbaumaßnahmen Soweit technisch und rechtlich möglich sowie wirtschaftlich zumutbar 10

12 Gesetzliche Regelungen 13a Stilllegungsverbote (Auszug) Eine Anlage ist systemrelevant, wenn ihre dauerhafte Stilllegung mit hinreichender Wahrscheinlichkeit zu einer nicht unerheblichen Gefährdung oder Störung der Sicherheit oder Zuverlässigkeit des Elektrizitätsversorgungssystems führt und diese Gefährdung oder Störung nicht durch andere angemessene Maßnahmen beseitigt werden kann. 13c Systemrelevante Gaskraftwerke (Auszug) Betreiber von Übertragungsnetzen können eine Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Gas mit einer Nennleistung ab 50 Megawatt ganz oder teilweise als systemrelevantes Gaskraftwerk ausweisen, soweit eine Einschränkung der Gasversorgung dieser Anlage mit hinreichender Wahrscheinlichkeit zu einer nicht unerheblichen Gefährdung oder Störung der Sicherheit oder Zuverlässigkeit des Elektrizitätsversorgungssystems führt. Was ist eine nicht unerhebliche Störung? 11

13 Wann sind Kraftwerke systemrelevant? Nicht unerhebliche Gefährdung oder Störung der Sicherheit oder Zuverlässigkeit des EVS ist zu vermeiden Eine Gefährdung liegt vor, wenn örtliche Ausfälle des Übertragungsnetzes oder kurzfristige Netzengpässe zu besorgen sind (ResKV 2(2)) Spätestens bei nicht ausreichenden Gegenmaßnahmen zur Vermeidung eines (n-1)-befundes (Strom + Spannung) ist von einer nicht unerheblichen Gefährdung auszugehen Priorisierung/Abwägung möglicher Gegenmaßnahmen erforderlich z. B. NTC-Anpassungen, systemrelevante Gas-KW nach 13c, Reserve-KW nach 13a Wenn alle anderen verfügbaren Maßnahmen ausgeschöpft sind und ein Kraftwerk (bzw. eine KW-Gruppe) zur Sicherstellung der (n-1)-sicherheit erforderlich ist, dann ist auch dessen Systemrelevanz anzunehmen 12

14 Wann sind Kraftwerke systemrelevant? Priorisierung möglicher Gegenmaßnahmen zur Vermeidung von (n-1)-befunden Priorisierung unter Abwägung von technischer Verfügbarkeit wirtschaftlicher Zumutbarkeit gesetzlicher Vorgaben Priorität Netzausbau/ Kompensationselemente Wenn zeitgerecht möglich Maßnahmen 13 Redispatch, abschaltbare Lasten, etc. NTC-Anpassungen Maßnahmen 13c Wenn wirtschaftlich zumutbar Annahme: Sicherstellung der Brennstoffversorgung sinnvoller als Bereitstellung eines Reserve-KW nach 13a Maßnahmen 13a Verhinderung von vorläufigen und endgültigen Stilllegungen Nur wenn keine andere angemessene Maßnahme zur Verfügung steht 13

15 Systemrelevante Gas-KW Systemrelevanz von Gas-Kraftwerken ergibt sich im Wesentlichen aufgrund hoher Nord Süd-Lastflüsse Wesentliche Netzengpässe: Mittelrheintrasse und Remptendorf-Redwitz Systemrelevanz von Gas-KW gemäß BNetzA-Genehmigung vom MW 500 MW 1000 MW 1500 MW systemrelevant Quelle: BNetzA/eigene Darstellung Systemrelevanz für alle in Süd-D gelegenen Gaskraftwerke 14

16 Reservekraftwerksverordnung (1/2) Reservekraftwerksverordnung regelt Verfahren zur Beschaffung von Netzreserve aus Bestehenden Anlagen In begründeten Ausnahmefällen aus neu zu errichtenden Anlagen Beschaffungsprozess Gemeinsame Systemanalysen der deutschen ÜNB BNetzA prüft und bestätigt Bedarf an Netzreserve bis 1. April bis 1. Mai Interessensbekundungsverfahren ÜNB veröffentlicht Bedarf an Netzreserve Interessensbekundung von KW-Betreibern Verhandlungen und Vertragsschluss bis 1. Mai bis 15. Mai bis 15. Juli 15

17 Reservekraftwerksverordnung (2/2) Reserve-KW in Deutschland Anlage ist systemrelevant Kein marktbasierter Einsatz nach Vertragsende zulässig Gesetzliche und Genehmigungsrechtliche Anforderungen für Anlagenbetrieb müssen erfüllt sein Mögliche Reserve-KW im Ausland Wenn zu Lösung der Systemsicherheitsprobleme beträgt Wenn zuständige ausl. Behörden keine Einwände haben Bei gleicher technischer Eignung mindestens genauso preisgünstig wie deutsche Anlagen Ausnahmefall der Beschaffung neuer Anlagen für die Netzreserve ÜNB muss Errichtung und Betrieb ausschreiben ÜNB muss mögliche alternative Maßnahmen Ausweisen und Bewerten 16

18 SYSTEMANALYSEN DER ÜNB FÜR WINTER 2013/14 17

19 Untersuchungsmethodik Eingangsdaten spezifische KW-Daten Revisionspläne Netzdatensatz Abschaltpläne Marktsimulation für wahrscheinliche, potentiell besonders kritische Szenarien Kraftwerksfahrpläne Regelzonenbilanzen Dezentrale Erzeugung Lastzeitreihen Netzsimulation unter Einbeziehung von Maßnahmen der ÜNB Auswertung: auftretende Spannungsbänder Leitungsbelastungen Quelle: BNetzA/ÜNB 18

20 Szenarienübersicht Analysen sollen ausreichende Verfügbarkeit von betrieblichen Gegenmaßnahmen bewerten Szenario Szenarien müssen zu erwartende kritische Situationen abbilden Abschätzung der Einflussparameter zu kritischen, aber zu erwartenden Werten Eingangsdaten Bereinigte VNL* Parametrierung der Szenarien auf Basis von Messwerten Szenarien stellen zu erwartende kritische Situationen dar Entsprechen nicht notwendigerweise den schlimmsten aller denkbaren Situationen Ergebnis Marktsimulation Wind PV Export von D A1 WEA hoch 74 GW 28 GW 0 9 GW B2 keine WEA 72,5 GW 0 GW 0-1,6 GW Quelle: BNetzA/ÜNB 19 *um WEA und modellierte unterlagerte Einspeisung bereinigte vertikale Netzlast

21 Szenario A1: Winterwerktag 2013/14: Hohe WEA-Einspeisung Maximale Leitungsauslastungen und minimale Knotenspannungen im (n-1)-fall nach präventiven Gegenmaßnahmen und lokaler Windabsenkung realisierter Redispatch GW SIV 2,0 präventiver Redispatch 3,0 WEA-Absenkung 1,4 Summe 6,4 Leitungsauslastung zwischen % zwischen % zwischen % größer 120 % Knotenspannungen in kv zurückgenommene Freischaltungen Freischaltungen <375 <380 <385 <390 <395 <400 <405 <410 <415 <420 Sehr hohe Netzauslastung erfordert umfangreiche Gegenmaßnahmen Quelle: BNetzA/ÜNB Redispatchpotential in Süddeutschland bereits nahezu ausgeschöpft 20 20

22 Szenario A1: Winterwerktag 2013/14: Hohe WEA-Einspeisung Maximale Leitungsauslastungen und minimale Knotenspannungen im (n-1)-fall nach konventionellem Redispatch realisierter Redispatch GW SIV 2,0 präventiver Redispatch 3,0 WEA-Absenkung 1,4 innerdeutscher Redispatch 1,2 Summe 7,6 Leitungsauslastung zwischen % zwischen % zwischen % größer 120 % Knotenspannungen in kv zurückgenommene Freischaltungen Freischaltungen Konventionelles Redispatchpotential nicht ausreichend um Leitungsüberlastungen zu beseitigen Redispatch mit Reservekraftwerken erforderlich 21 <375 <380 <385 <390 <395 <400 <405 <410 <415 <420 Quelle: BNetzA/ÜNB

23 Szenario A1: Winterwerktag 2013/14: Hohe WEA-Einspeisung Maximale Leitungsauslastungen und minimale Knotenspannungen im (n-1)-fall nach Redispatch mit Reservekraftwerken realisierter Redispatch Leitungsauslastung zwischen % zwischen % zwischen % größer 120 % Redispatch in Höhe von insgesamt 10,1 GW zur Beseitigung von Leitungsüberlastungen und U (n-1),min > 390 kv erforderlich Potential an Reservekraftwerken vollständig ausgeschöpft Keine verbleibenden Sicherheitsreserven 22 Knotenspannungen in kv zurückgenommene Freischaltungen Freischaltungen GW SIV 2,0 Präventiver Redispatch 3,0 Lokale WEA-Absenkung 1,4 Konventioneller Redispatch 1,2 Redispatch mit Reserve- KW 2,5 Summe 10,1 <375 <380 <385 <390 <395 <400 <405 <410 <415 <420 Quelle: BNetzA/ÜNB

24 Szenario B2: Winterwerktag 2013/14: Ohne WEA-Einspeisung Maximale Leitungsauslastungen und minimale Knotenspannungen im (n-1)-fall nach konventionellem Redispatch realisierter Redispatch GW Konventioneller Redispatch 2,3 Summe 2,3 Leitungsauslastung zwischen % zwischen % zwischen % größer 120 % Knotenspannungen in kv zurückgenommene Freischaltungen Freischaltungen Hohe Überlastungen erfordern umfangreiche weitere Gegenmaßnahmen Kein weiteres Redispatchpotential in Süddeutschland verfügbar Insbesondere Überlastungen von Nord/West Süd-Leitungen erfordern Reserve-KW 23 <375 <380 <385 <390 <395 <400 <405 <410 <415 <420 Quelle: BNetzA/ÜNB

25 Szenario B2: Winterwerktag 2013/14: Ohne WEA-Einspeisung Maximale Leitungsauslastungen und minimale Knotenspannungen im (n-1)-fall nach Redispatch mit Reserve-KW realisierter Redispatch GW Konventioneller Redispatch Redispatch mit Reserve- KW 2,3 2,4 Summe 4,7 Leitungsauslastung zwischen % zwischen % zwischen % größer 120 % Knotenspannungen in kv zurückgenommene Freischaltungen Freischaltungen Redispatch in Höhe von 4,7 GW zur Beseitigung von Leitungsüberlastungen und U (n-1),min > 390 kv erforderlich <375 <380 <385 <390 <395 <400 <405 <410 <415 <420 Quelle: BNetzA/ÜNB 24

26 AUSBLICK 25

27 Jahr unbestimmt MW Zukünftige Entwicklungen Entwicklungen des Kraftwerksparks Süd-D 374 Aufnahme kommerzielle Stromeinspeisung / Endgültige Aufgabe von dargebotsunabhängigen Kraftwerken (Plandaten südlich Frankfurt am Main ) 0 Saldo Sonstige Energieträger Kernenergie MW Quelle: BNetzA Signifikanter Rückgang der installierten Erzeugungsleistung in Süd-Deutschland erwartet Weitere Erhöhung der Nord Süd-Transportanforderungen Grafenrheinfeld Gundremmingen Jahr unbestimmt Mineralölprodukte Steinkohle Pumpspeicher Mehrere Energieträger Erdgas Braunkohle Abfall

28 Netzausbau Erheblicher Netzausbau zur Erhöhung der Nord Süd- Transportkapazitäten in Planung Leitungsvorhaben gemäß Energieleitungsausbaugesetz, z.b.: EnLAG Nr Osterath Weißenthurm Abschnitt Rommerskirchen Sechtem Fertigstellung im Jahr 2016 EnLAG Nr. 4 - Lauchstädt Redwitz Abschnitt Altenfeld-Redwitz Fertigstellung Verstärkung wesentlicher Netzengpässe erst nach Abschaltung von KKW Grafenrheinfeld 27 Quelle: BNetzA

29 Fazit Erhebliche Änderungen in Erzeugungsstruktur Weiterhin starker Zuwachs an WEA-Erzeugung Zuwachs deutscher Exporte Weitere Stilllegungen von zunehmend unwirtschaftlichen thermischen Kraftwerken Abschaltung süddeutscher Kernkraftwerke Steigende Nord Süd-Transportanforderungen Netzausbau kann mit Entwicklung nicht mithalten Kurz bis Mittelfristig weiter steigender Bedarf an Gegenmaßnahmen der ÜNB Redispatch mit sonst marktbasiert eingesetzten Kraftwerken Steigender Bedarf an Reservekraftwerken 28

30 Kontakt Dr.-Ing. Simon Krahl Leiter Systemstudien Forschungsgemeinschaft für Elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.v. Roermonder Straße Aachen Tel: Internet: 29

31 Quellen Energiewirtschaftsgesetz Reservekraftwerksverordnung Berichte/Fallanalysen der BNetzA zur Netzreserve Bericht zur Notwendigkeit eines Reservekernkraftwerks im Sinne der Neuregelungen des Atomgesetzes Bericht zum Zustand der leitungsgebundenen Energieversorgung im Winter 2011/12 Auswirkung des Kernkraftwerk-Moratoriums auf die Übertragungsnetze und die Versorgungssicherheit Systemanalyse der Übertragungsnetzbetreiber für den Winter 2013/14 Systemrelevante Gaskraftwerke EnLAG-Monitoring Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur 30