Verteilnetze. kosteneffizient planen, bauen und betreiben

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1 Verteilnetze kosteneffizient planen, bauen und betreiben

2 Editorial Sehr geehrte Interessentinnen und Interessenten Die Energiewende stellt Verteilnetzbetreiber vor zahlreiche Herausforderungen. Um sie dabei aktiv zu unterstützen, haben wir 2014 unser Unternehmen Adaptricity als Spin-off der ETH Zürich gegründet. Zusammen mit unserem Team konnten wir in den vergangenen Jahren eine innovative Software zur datenbasierten Simulation und Optimierung von Stromnetzen entwickeln. Diese ermöglicht es, das Verhalten von Stromnetzen über die Zeit detailliert abzubilden. So können wir unterschiedliche Netz-Szenarien über Tage, Wochen und Jahre einfach und minutenschnell rechnen und damit Transparenz in Entscheidungen rund um Themen wie PV-Ausbau, Elektromobilität oder Tarifierung bringen. Diese Software bildet nun die Basis für eine hochgradig automatisierte Analyse-Plattform mit verschiedenen Anwendungen wie Netzplanung, Verteilnetz-Monitoring oder Asset Management sowie für innovative Dienstleistungsmodelle. Seit Anfang 2017 dürfen wir zudem auf die Unterstützung des Kabelherstellers LEONI als neuen strategischen Partner zählen. Das in über 30 Ländern tätige Unternehmen mit Hauptsitz in Nürnberg unterstützt uns aktiv bei unserer Weiterentwicklung und der Erreichung unserer langfristigen Ziele. Wir freuen uns, Ihnen auf den nächsten Seiten unsere Firma und die Anwendung unserer Software genauer vorzustellen. Dr. Stephan Koch, CEO Dr. Andreas Ulbig, COO

3 Wachsende Herausforderungen für Verteilnetze Netzbetreiber stehen heute vor einer Vielzahl neuer betrieblicher Herausforderungen. Hierzu zählen beispielsweise die stetig wachsende Nachfrage nach Photovoltaik-Anlagen (PV) sowie das Aufkommen neuer Stromverbraucher wie Wärmepumpen oder Elektroautos mit immer leistungsstärkeren Ladestationen. Folgen hiervor sind: Stark fluktuierende Lasten und eine generell höhere Netzbelastung aufgrund von zunehmenden Einspeiseund Verbrauchsspitzen Lokale Spannungsprobleme, z.b. aufgrund von PV- Anlagen (Überspannung) sowie Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen (Unterspannung) Leistungsrückflüsse von Niederspannungsnetzen in die überlagerte Mittelspannungsebene Aufgrund der zunehmenden Marktliberalisierung und der konsequenteren Netzregulierung steigt auch der Kostendruck bei der Planung und dem Betrieb von Netzen. Konventioneller Netzausbau, in Form von kapitalintensiven Investitionen in mehr Kupfer und Stahl, ist somit in vielen Fällen keine effiziente Lösung mehr. Kostengünstiger Netzausbau dank zeitreihenbasierter Simulation des Netzes Die Frage ist demnach, was im Einzelfall der kostengünstigste Netzausbau ist. In diesem Zusammenhang hat Adaptricity die Simulations- und Analyseplattform DPG.sim («Distributed Prosumer and Grid Simulation») entwickelt, welche zeitreihenbasierte Netzsimulationen und Datenanalysen ermöglicht. Dank der dynamischen Betrachtung und dem Einsatz von Szenarien bietet die Software viele Vorteile gegenüber konventionellen Tools zur Netzplanung. So können beispielsweise verschiedene SmartGrid-Technologien ohne grossen Mehraufwand evaluiert werden. ElCom fördert alternativen Netzausbau Der Schweizer Netzregulator ElCom verpflichtet Netzbetreiber neu dazu, bei Netzverstärkungsprojekten zusätzlich verschiedene Alternativen für den Netzausbau mit aktiven Netzelementen, sogenannten SmartGrid-Technologien, zu prüfen. Dazu gehören beispielsweise regelbare Ortsnetztransformatoren (ront) oder Spannungslängsregler. Dabei ist stets die kostengünstigste Netzausbau-Option zu wählen. Auch in anderen Ländern zeigt sich, dass sich Regulatorien stärker in Richtung effizienter Ausbaulösungen entwickeln. Kundendaten Geo-Daten Optimierung und Regelung Entscheidungsunterstützung Leistungsdaten Basis- Szenario Simulations- Plattform - Photovoltaik - Elektromobilität - Asset Management Netzdaten Nutzungsprofile Szenario- Varianten - Monitoring

4 Photovoltaik Zusätzliche Anschlüsse von PV-Anlagen führen zu einer erhöhten Belastung der Verteilnetze durch dezentrale, gleichzeitige Einspeisung. Netzengpässe und Verletzungen des erlaubten Spannungsbandes (laut EN50160) sind die mögliche Folge. Bei der Bewertung von zusätzlichen PV-Anschlüssen nach heutigen DACHCZ-Richtlinien werden zudem meist nur Einzelstränge betrachtet und die Interaktion der verschiedenen dezentralen Anlagen häufig vernachlässigt. Adaptricity unterstützt Betreiber von Verteilnetzen dabei, unnötige Netzverstärkungen zu vermeiden. Auf diese Weise können beträchtliche Kosten für zusätzliche Netzinfrastruktur eingespart werden. Mithilfe von zeitreihenbasierten Netzanalysen bilden wir das tatsächliche Verhalten von PV-Anlagen im Netz realitätsnah ab. Dies schafft die nötige Transparenz bezüglich der Belastung der bestehenden Netze und ermöglicht eine effiziente Planung von zusätzlichen PV- Anschlüssen. EBL: Zeitreihenbasierte Bewertung von PV-Ausbau Die EBL (Genossenschaft Elektra Baselland) sieht sich heute mit immer mehr PV-Anschlussgesuchen konfrontiert. Besonders in ländlichen Regionen stellt sich häufig die Frage, ob das Netz durch die dezentralen Einspeisungen an seine Grenzen gebracht werden kann. Um auch weiterhin eine optimale Netzqualität zu garantieren, braucht die EBL eine langfristige Lösungsstrategie. Mit DPG.sim ermöglichte Adaptricity ein umfassendes Verständnis der neuen Effekte durch den PV-Ausbau in einem Teilnetz der EBL. Schritt 1 Abbildung des Netzes und Analyse der Netzbelastung In einem ersten Teil wurde das ausgewählte Netzgebiet anhand verfügbarer Daten simuliert. Darauf aufbauend folgten detaillierte Analysen der aktuellen Netzbelastung. Schritt 2 Simulation weiterer PV-Anschlüsse Mit einer gezielten, zeitreihenbasierten Simulation von zusätzlichen PV-Anschlüssen im Netz konnten mögliche Auswirkungen genau abgebildet und analysiert werden. In diesem Zusammenhang wurde auch untersucht, welche Leitungen bei konventionellem Netzausbau zuerst verstärkt werden müssten und wo sich der Einsatz von intelligenten Betriebsmitteln lohnt. «Mithilfe von Zeitreihen-Analysen mit DPG.sim können wir heute genau abwägen, wo zusätzliche Anschlüsse von PV-Anlagen in unserem Netz problemlos möglich sind und wo es zu Spannungsbandverletzungen und Überlastungen kommen könnte. Gleichzeitig gibt uns die Transparenz eine solide Entscheidungsgrundlage für die Evaluation verschiedener SmartGrid-Technologien.» Thomas Wenger, Leiter Netzentwicklung, Genossenschaft Elektra Baselland

5 Elektromobilität Die Marktdurchdringung von Elektromobilität wird in den kommenden Jahren rapide zunehmen. Dies führt zu neuen Herausforderungen im Bereich der Ladeinfrastruktur. So wird es aufgrund gleichzeitiger Ladezyklen zu Nachfragespitzen und Überlastungen kommen. Hinzu kommt eine mangelnde Transparenz der Vorgänge im Niederspannungsnetz, welche die Abschätzung der Interaktionen von normalem Verbrauch, dezentraler Erzeugung und Elektromobilität erschwert. Adaptricity ist in der Lage, die künftigen Netzauswirkungen von Elektromobilität zu analysieren. Dadurch können erhebliche Kosten gespart und ein unkoordinierter Netzausbau verhindert werden. Wir erreichen dies, indem wir das dynamische E-Mobilität-Nutzerverhalten realitätsnah abbilden. Das schafft Transparenz und erlaubt die frühzeitige Identifizierung von Netzengpässen. Ausgehend davon können geeignete Massnahmen evaluiert werden. EKZ: Ausbauprojekt E-Mobilität Die Elektrizitätswerke des Kantons Zürich (EKZ) haben Adaptricity damit beauftragt, die Integration von verschiedenen SmartGrid-Technologien in ein bestehendes Verteilnetz zu untersuchen. So etwa für den Fall eines Parkhauses für Elektrofahrzeuge. Ziel des Projektes war die energetische und finanzielle Bewertung der einzelnen Netzausbau-Optionen inklusive möglicher Regelstrategien. Schritt 1 Abbildung des Netzes In einer Basissimulation wurden die verfügbaren Daten aus dem realen Netzgebiet in DPG.sim zusammengeführt. Schritt 2 Ausbauszenarien erstellen und simulieren Weiter wurden zwei Ausbauszenarien simuliert: der Bau einer Photovoltaik-Anlage und die Nachrüstung eines Parkhauses mit Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge. Dabei wurden zahlreiche SmartGrid-Technologien hinsichtlich ihrer Eignung zur sicheren Netzintegration überprüft. Schritt 3 Ergebnisanalyse und Prüfung von Alternativen Im Fall des Parkhauses haben die Simulationen gezeigt, dass gleichzeitige Ladevorgänge als Erstes die eingesetzten Transformatoren an ihre Leistungsgrenzen bringen. In diesem Zusammenhang wurden verschiedene Netzausbau-Optionen, wie der Einsatz einer Batterie oder einer Abregelung, evaluiert und deren energetische und ökonomische Auswirkungen abgewogen. «Wir führten mit Adaptricity eine SmartGrid-Studie durch, weil sie das neue Paradigma der aktiven Verteilnetze konsequent zu Ende denken. Dank DPG.sim lässt sich im Einzelfall eines gegebenen Netzgebietes eine Aussage über die Wirtschaftlichkeit von Alternativen zum traditionellen Netzausbau machen.» Michael Koller, Leiter Technologiemanagement, EKZ

6 Asset Management Um die Netzinfrastruktur kosteneffizient und nachhaltig zu betreiben, müssen Netzbetreiber ihre Anlagen stetig evaluieren. Als Grundlage dienen dabei oftmals nur rudimentäre Einschätzungen der Belastung der jeweiligen Netze. Folglich werden bestehende Anlagen meist nur aufgrund von ungefähren Annahmen wie pauschalen Life-Cycle-Annahmen der Netzkomponenten erneuert. Der oben genannte Prozess kann mit unserer Software erheblich optimiert werden, denn sie ermöglicht: Exakte Belastungsanalysen mit realen Datensätzen Evaluierung der Lebensdauer unterschiedlicher Assets (Leitungen, Trafos, technische Installationen) aufgrund der tatsächlichen Netzbelastung Unterstützung bei der Planung von Anlagenerneuerungen Einsparung von Kosten Stadtwerk Winterthur: Netzbelastungen Im Rahmen der Energiewende möchte das Stadtwerk Winterthur künftig mehr Netztransparenz auf der Mittelspannungsebene schaffen. Von Interesse waren dabei vor allem die tatsächliche Belastung sowie die Reserven des bestehenden Netzes. Schritt 1 Abbildung des Mittelspannungsnetzes Anhand vorliegender Daten wurde das Mittelspannungsnetz in DPG.sim erfasst. Fehlende Leistungszeitreihen von nicht gemessenen Trafostationen wurden basierend auf vorhandenen Datenreihen synthetisiert und extrapoliert. Schritt 2 Analyse von Netzbelastungen und Jahressimulation Darauf aufbauend wurden Jahressimulationen und Analysen der Netzbelastungen auf der Mittelspannungsebene durchgeführt. Weiter wurden Handlungsempfehlungen für den zukünftigen Netzausbau formuliert. «Die detaillierten Simulationen mit DPG.sim geben uns einen genauen Überblick über die Dynamiken in unserem Verteilnetz. Die dadurch gewonnene Transparenz unterstützt uns dabei, dass wir auch in Zukunft die bereits heute sehr hohe Stromversorgungssicherheit gewährleisten können.» Helen Reist, Projektleiterin Smart Energy, Stadtwerk Winterthur

7 Monitoring Aufgrund der kaum vorhandenen Messdaten sind die Vorgänge im Niederspannungsnetz häufig unbekannt. Hier können die umfangreichen Datensätze aus SmartMetering-Systemen Abhilfe schaffen. Allerdings gibt es heute kein Standard-Tool, um umfangreiche SmartMeter-Datensätze für Netzplanung und -betrieb nutzbar zu machen und bei partiellen Rollouts die Messdaten durch synthetische Profile plausibel zu ergänzen. Adaptricity hilft dabei, umfangreiche SmartMeter-Datensätze gewinnbringend zu analysieren und bestehende Datenlücken zu schliessen. Unsere Software ermöglicht ein genaues und regelmässiges Monitoring von Netzzuständen und den jeweiligen Netzauslastungen auf der Niederspannungsebene. Gleichzeitig kann das zukünftige Netzverhalten simuliert werden. Kritische Netzzustände können so frühzeitig erkannt und entsprechende Massnahmen eingeleitet werden. Technische Betriebe Glarus Nord: Netztransparenz Die Technischen Betriebe Glarus Nord haben in den letzten Jahren stark in den SmartMeter-Rollout und in Trafo-Messgeräte investiert. Um die gewonnenen Daten gewinnbringend einsetzen zu können, benötigen sie eine automatisierte Lösung zur kontinuierlichen Analyse der anfallenden Daten. Adaptricity ermöglicht die intelligente Nutzung der Messdaten: Import der Netztopologie aus dem GIS-System Regelmässiger Import der anfallenden Smart- Meter-Daten und automatisiertes Aufsetzen der entsprechenden Simulationsszenarien Kontinuierliches Monitoring der Spannung und Leitungsbelastung durch automatisierte Netzsimulation, Auswertung der Ergebnisse Planen Sie Ihre Energiewende mit uns!

8 Zusammenarbeit mit LEONI Im Frühjahr 2017 begrüsste Adaptricity den führenden europäischen Hersteller von Kabeln und Kabelsystemen LEONI als neuen Mehrheitsaktionär. Zusammen mit der Investition, die das anhaltende Wachstum von Adaptricity unterstützt, beginnen beide Firmen eine langfristige strategische Partnerschaft mit dem Ziel, die Stärken der beiden Unternehmen zu bündeln und gemeinsam globale Aktivitäten im Bereich SmartGrid-Simulation voranzutreiben. Beide Partner möchten so neue Produkte und Dienstleistungen auf den Markt bringen, geografische Regionen erschliessen sowie durch technischen Austausch und Synergien eine führende Rolle bei der Digitalisierung des Energiesektors einnehmen. Die fortlaufenden F&E-Aktivitäten zusammen mit der ETH Zürich sind hierfür ein weiterer wichtiger Baustein. Fabian Krek Senior Account Manager Felix Pfister Account Manager Annick Geissbühler Account Manager Benjamin Schaule Account Manager Kontakt Adaptricity AG Hohlstrasse Zürich Schweiz Telefon: Web: