Dr.-Ing. Britta Buchholz, Abteilungsleiterin Power Systems Consulting, Berlin, Moderne Verteilernetze aus technologischer Sicht

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1 Dr.Ing. Britta Buchholz, Abteilungsleiterin Power Systems Consulting, Berlin, Moderne Verteilernetze aus technologischer Sicht

2 Moderne Verteilernetze für Deutschland Bewertung aus technologischer Sicht Dringende Weiterentwicklung der Regulierung Internationaler Kontext für Skaleneffekte TechnologieBeispiel Spannungslängsregler Planungsgrundsätze Weiterer Untersuchungsbedarf zur systemischen Weiterentwicklung Verteilnetz und Transportnetz In Freiamt erzeugen kw erneuerbare Energien 160 % mehr Strom als verbraucht wird. December 3, 2014 Slide 2

3 1. Studie liefert wichtige Grundlagen für dringende Weiterentwicklung der Rahmenbedingungen Durch Erarbeiten von Strategien inn NEPLAN Maintenance erhält der Netzbetreiber Flexibilität, um auf wechselnde Rahmenbedingungen zu reagieren. Sicherung von Know How durch Software Aktuelle Altersstrukur der Betriebsmittel beeinflusst Investitionskosten (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX) Intelligente Betriebsmittel mit haben eine andere Invest und Betriebskosten Struktur Investitionskosten Betriebskosten Aktuelle Strategie Alternative Strategie Simulationszeit (a) Strategie 1 Strategie 2 Jahr Jahr December 3, 2014 Slide 3

4 Der Einsatz intelligenter Betriebsmittel muss sich betriebswirtschaftlich kurzfristig lohnen December 3, 2014 Slide 4

5 2. Schaufenster für die Welt Deutschland als Exportland und Skaleneffekte Technologien für moderne Verteilernetze werden im internationalen Kontext entwickelt. Entwicklungen für die deutschen Verteilernetze müssen exportfähig sein, um durch Skaleneffekte Kosten zu senken und die deutsche Wirtschaft zu stärken Vielversprechende Einzelprojekte für die in der Studie genannten Komponenten z.b. für Spannungslängsregelung gibt es schon großflächige Demonstrationen sind jetzt ein wichtiger Schritt. December 3, 2014 Slide 5

6 Elektrisches Energieversorgungssystem der Zukunft 10 Schlüsselthemen Bidirektionaler Strom und Datenfluss Smart Metering und Big Data Wachsender Einsatz von Gleichstromanwendungen und Leistungselektronik Quelle: CIGRE Electricity supply system of the future, 2014 Energiespeichersystem und deren Einfluss auf die Entwicklung und Betrieb des Energiesystems. Konzepte für Systembetrieb und steuerung sowie Markt und Regulierungsdesign Schutzkonzepte Konzepte für Planung, wachsende Anforderungen aus Umweltschutz, neue Technologien zur Steuerung von Wirk und Blindleistungsfluss. Bewertung der technischen Leistungsfähigkeit des Systems Steigerung der Kapazität und Nutzen der Freileitungen, Erdkabel und UnterwasserInfrastruktur Stakeholder in die Entwicklung der Netze der Zukunft mit einbeziehen. December 3, 2014 Slide 6

7 Grid4EU Deutsches Pilotprojekt in Europa Autonome Verteilnetzautomatisierung Abb.: FIONA Flexible intelligente Ortsnetzautomatisie rung x Ziele Design, Installation und großflächiger Test von Beobachtern und Steuerungstechnik im MSNetz für schnelle und robuste Fehlererkennung, sowie autonome Fehlerbehebung ohne Leitsystemeingriff Flexible MSNetze zur Integration großer Mengen Erneuerbare Energien bei steigender Zuverlässigkeit Kunden & Partner RWE Deutschland AG, TU Dortmund ABB Smart Grids Leistungen Entwicklung von autonomen Agenten in RTUs zur Bestimmung und Optimierung des MSNetzzustandes, z.b. mittels Trennstellenverlagerung Automatische Fehlererkennung und Fehlerbeseitigung (FDIR) durch Kommunikation zwischen den in den RTU implementierten Agenten, ohne Eingriff des Leitsystems Vorteile/Nutzen Autonome Beobachter und Agenten für optimalen Energiefluss und schnelle Selbstheilung ohne Eingriff eines Netzleitsystems 3. Dezember 2014 Slide 7

8 Spannungsregelung in Netzausläufern Wind & PV in der Mittel und Niederspannung Herausforderung HS/MS Spannungshöhe variiert entlang der Leitung Dieses Spannungsproblem kann nicht durch Regelung am Transformator gelöst werden... Konventioneller Netzausbau kostet Geld und Zeit Lösung Mittel oder Niederspannungs Längsregler ermöglichen eine Anpassung der Spannungshöhe ohne Netzausbau x x MV/LV kostengünstiger und schneller December 3, 2014 Slide 8

9 Längsregler für die Niederspannung Prinzip und Aufbau der Pilotinstallation NS zum Transformator V LV to DG Pilot für 250kVA in Betrieb bei BKW, Schweiz Eingebaut in einen Standard Verteilerkasten Konzept ist auch für Mittelspannung anwendbar December 3, 2014 Slide 9

10 Längsregler für die Niederspannung Erste Ergebnisse aus dem Pilotversuch December 3, 2014 Slide 10

11 3. Von der Theorie in die Praxis: Zum Ausrollen in der Fläche benötigen Netzplaner neue technische Regeln Um neue Technologien als StandardBetriebsmittel flächendeckend einzusetzen, müssen Planungsgrundsätze weiter entwickelt werden. Der technischwirtschaftlich optimale Einsatz von Verteilnetzautomatisierung wird derzeit in Einzelstudien für spezifische Netze ermittelt. Für einen flächendeckenden Einsatz müssen die Netzplaner in den neuen Planungsgrundsätzen ausgebildet werden und sie im Tagesgeschäft anwenden. December 3, 2014 Slide 11

12 Herausforderungen in den Verteilnetzen Spannung [V] Schwankende Einspeisung Zeit [h] Quelle: TU Dortmund RWE Deutschland AG Verteilnetze erreichen Kapazitätsund Spannungsgrenzen Immer mehr Erzeugung Mehr Erzeugung als Verbrauch Implementierung innovativer Betriebsmittel und Netzbetriebskonzepte December 3, 2014 Slide 12

13 Smart Planning virtuelle Welt in 3D Heute schon die Zukunft erleben! Smart Planning virtuelle Welt auf der Hannover Messe Industrie 2014 Virtuelle Welt zum einfachen Verständnis der komplexen Zusammenhänge Schritt für Schritt Netze modernisieren Klassifizieren Beobachten Regeln December 3, 2014 Slide 13

14 Vorausschauende Netzplanung Prozess zur Bewertung kritischer Netze Klassifizierung der Ortsnetze Beobachtung in der Ortsnetzstation Installation regelbarer Ortsnetztrafos December 3, 2014 Slide 14

15 Vorausschauende Netzplanung Schritt 1 Netzstrukturmerkmale: Ortsnetzradius, Anzahl Wohneinheiten, Anzahl Hausanschlüsse, Trafotyp, Standardkabeltyp, Anzahl Kabelverteilerschrank, Klassifizierung der Ortsnetze Beobachtung in der Ortsnetzstation Installation regelbarer Ortsnetztrafos Klassifizierung anhand einfacher Netzstrukturmerkmale und aktueller Durchdringung des Netzes mit PhotovoltaikAnlagen 300% 280% PVDurchdringung 260% 240% 220% 200% 180% 160% 140% 120% 100% 80% 60% kritischer Bereich unkritischer Bereich 40% 20% x Ortsnetz 0% Wohnbebauung December 3, 2014 Slide 15

16 Vorausschauende Netzplanung Schritt 2 Ortsnetz ist in der Klassifizierungsphase auffällig geworden. Klassifizierung der Ortsnetze Beobachtung in der Ortsnetzstation Installation regelbarer Ortsnetztrafos Bestimmung einer Referenz über Netznachbildung und Lastflussberechnung mit NEPLAN Þ Fingerabdruck des Netzes Erweiterung der Ortsnetzstation mit FIONA (flexible intelligente Ortsnetzautomatisierung) zur intelligenten Ortsnetzstation und Messung von Strom und Spannung MS P Tr,ref NS Vermaschtes Ortsnetz Du ref (Netz ohne Trafo) P Tr u NS,ONS S P PV,ref December 3, 2014 Slide 16

17 Vorausschauende Netzplanung Schritt 3 Klassifizierung der Ortsnetze Beobachtung in der Ortsnetzstation Installation regelbarer Ortsnetztrafos Netz mit Spannungsbandverletzungen: Spannungsregler oder regelbaren Ortsnetztransformator und Fortsetzung der Beobachtung des Netzes auf mögliche Spannungsbandverletzungen December 3, 2014 Slide 17

18 Optimale Netzautomatisierung für Verteilnetze Ziele und Lösung Innenleben einer intelligenten Ortsnetzstation Ziele Verbesserung des Zuverlässigkeitsniveaus Beeinflussung des QElements im Rahmen der Qualitätsregulierung Effizienzsteigerung beim Work ForceManagement Optimale Standorte Lösung Bestimmung des wirtschaftlich optimalen Szenariums Identifikation der optimalen Standorte durch Zuverlässigkeitsberechnungen Installation von Netzautomatisierung December 3, 2014 Slide 18

19 4. Weiterer Untersuchungsbedarf Systemische Weiterentwicklung Die Frage, wie man dezentrale Ressourcen in den Markt integriert, ist weiterhin offen. Steuerung der Verbraucherlast Entwicklung neuer Lasten und Speicher Kopplung verschiedener Energieträger Notwendigkeit der Blindleistungskompensation könnten sich im Zeitverlauf anders darstellen. Großflächige Demonstrationen und Weiterentwicklung der Prozesse Gesellschaft mit einbeziehen December 3, 2014 Slide 19

20 Smart Grids erfordern integrierte Lösungen Künftiges Netz: Stärker und intelligenter ABB bietet umfassendes Portfolio an Produkten und Technologien Technologiebeispiele: Digitale Umspannwerke Effizienz im Verteilnetz Demand Response Management Infrastruktur für Elektromobilität Intelligente Gebäude Gefragt sind übergreifende Gesamtlösungen December 3, 2014 Slide 20

21 ABB Smart Grids Projekte in Deutschland Econnect RiesLing SmartArea GRID4EU Green2Store TCity Smart Grids 3 6 MeRegio 5 1 Anwendungsfelder: Energiemanagement Energiespeicher Verteilnetzautomatisierung Dezember 2014 Slide 21

22 5. Verteilnetze lösen nicht den Transport: GleichstromNetze als innovative Option Desertec Europa China Die Zukunft: Gleichstromnetze als OverlayNetze Stromautobahnen mit Ausfahrten Vermaschung Gleichstrom/Wechselstrom December 3, 2014 Slide 22

23 Moderne Verteilernetze für Deutschland Bewertung aus technologischer Sicht Die Studie ist ausgewogen und liefert wertvolle Grundlagen für die dringende Weiterentwicklung der politischen und regulatorischen Rahmenbedingungen. Schaufenster für die Welt : Technologien für moderne Verteilernetze werden im internationalen Kontext entwickelt. Entwicklungen für die deutschen Verteilernetze müssen exportfähig sein, um durch Skaleneffekte Kosten zu senken und die deutsche Wirtschaft zu stärken. Vielversprechende Einzelprojekte für die in der Studie genannten Komponenten z.b. für Spannungslängsregelung gibt es schon, großflächige Demonstrationen sind jetzt ein wichtiger Schritt. Um neue Technologien als StandardBetriebsmittel flächendeckend einzusetzen, müssen Planungsgrundsätze weiter entwickelt werden. Der technischwirtschaftlich optimale Einsatz von Verteilnetzautomatisierung wird derzeit in Einzelstudien für spezifische Netze ermittelt. Für einen flächendeckenden Einsatz müssen die Netzplaner in den neuen Planungsgrundsätzen ausgebildet werden und sie im Tagesgeschäft anwenden. Die Frage, wie man dezentrale Ressourcen in den Markt integriert, ist weiterhin offen. Bezüglich Steuerung der Verbraucherlast sind weitere Untersuchungen nötig. Entwicklung neuer Lasten und Speicher, Kopplung verschiedener Energieträger und Notwendigkeit der Blindleistungskompensation könnten sich im Zeitverlauf anders darstellen. Energiewende findet im Verteilnetz statt, löst aber nicht den NordSüd Transport. Ausbau von Höchst und Hochspannungstrassen sowie Zusammenarbeit zwischen Verteil und Übertragungsnetz müssen über die in der Studie betrachteten Themen hinaus weiter beachtet werden. December 3, 2014 Slide 23

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