Warum braucht die Energiewende den Netzausbau?

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1 Warum braucht die Energiewende den Netzausbau? SUEDLink Dialog zum Netzausbau in Hessen Dr. Michael Ritzau

2 Kurzvorstellung Jahrgang 1956 Studium Elektrotechnik an der RWTH Aachen, Dr.-Ing Michael Ritzau 1989 Promotion am Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft der RWTH Aachen: Technisch-wirtschaftliches Substitutionspotenzial Erneuerbarer Energien 1988 Gründung der BET - Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH in Aachen zusammen mit seinem Partner Dr.-Ing. Wolfgang Zander Thematische Schwerpunkte : Marktdesign Projektentwicklung Kraftwerksprojekte Transportnetze Strom, Kraftwerksnetzanschluss Strategieberatung, Politikberatung Beratung von Entscheidungsträgern Plattform Erneuerbare Energien beim BMU, Plattform Strommarkt BMWi, Mitgliedschaft in FGE, IAAE Ausschuss Brennstoffe und Wasser im VIK 2

3 Agenda Warum braucht die Energiewende den Stromnetzausbau? Umbau des Erzeugungssystems Herausforderung: Nicht übertragbare Erzeugung BET-Studie vbw Bayern 211 BET-Studie AGORA 213 Technische Grundlagen Fazit 3

4 Die Erneuerbaren Energien sollen 4-45 % des Strombedarfes in 225 und wenigstens 85 % in 25 erzeugen. Situation 22 Quelle: BMU Leitstudie 211, Szenario A Quelle: dena Netzstudie II 4

5 Agenda Warum braucht die Energiewende den Stromnetzausbau? Umbau des Erzeugungssystems Herausforderung: Nicht übertragbare Erzeugung BET-Studie vbw Bayern 211 BET-Studie AGORA 213 Technische Grundlagen Fazit 5

6 BET Regionen-Modell Modell der Stromerzeugung in D, basiert auf Kraftwerksscharfer Datenbank Stündliche Lastkurven Einspeiseprognosen EE (Wind, PV ) 8.76 Einzelstunden pro Jahr Regionalisierung auf 8 Zonen für Deutschland Last Erzeugung (auch EE) Netz (!) Frage: Reicht die Übertragungskapazität zwischen den Zonen, oder bilden sich Netzengpässe? Wie häufig treten sie auf? Welcher Netzausbau verringert diese Engpässe? 6

7 Beispiel Nordwestdeutschland: Die heutige Übertragungskapazität reicht bei weitem nicht aus, die Einspeisung der erneuerbaren Energien aufzunehmen. Netzausbau bis zur letzten kwh Netzausbau bei Einspeisemanagement: Redispatch! 7

8 Agenda Warum braucht die Energiewende den Stromnetzausbau? Umbau des Erzeugungssystems Herausforderung: Nicht übertragbare Erzeugung BET-Studie vbw Bayern 211 BET-Studie AGORA 213 Technische Grundlagen Fazit 8

9 BET Gutachten 211 für den VBW in Bayern Aufgabe / Fragestellung: Die Aufgabe des Transportnetzes ist im Wandel durch den Ausbau Erneuerbarer Energien (EE) 8% EE in 25! durch den Ausstieg aus der Kernenergienutzung bis 222 Netzausbau für Ersatzkraftwerke! Folge: Das Engpass-Risiko in Deutschland steigt! Ist die sichere Versorgung Süddeutschlands in Gefahr? Welche Handlungsoptionen bestehen? Vorgehen: i. Modellgestützte Untersuchung des Engpassrisikos ii. iii. Überprüfung der bestehenden Handlungsoptionen i. technische Optionen ii. mögliche Übertragungskorridore Schlussfolgerung 9

10 Engpässe, die zu Abregelung von Strom aus EEG Anlagen führen Dargestellt: Dauer der Engpässe pro Jahr grün: rot: Überlastung Stromtransport ( Engpass ) Nord => Süd oder West => Ost Überlastung in umgekehrter Richtung Im Jahre 22 treten ca. 2. Engpassstunden N=>S an dieser Grenze auf! Im Jahre 22 treten ca. 1.5 Engpassstunden O=>W an dieser Grenze auf! Ab 226 sind es mehr als 3. h. 1

11 Kein Netzausbau Annahme zum Netz: Zustand 213 KEIN weiterer Ausbau Ergebnis: heutiges Netz unzureichend! Engpässe > 3. h/a Windstrom-Problem Nord Süd Ost West Netzausbaubedarf!

12 2 Transportkanäle + Netzausbau gemäß ENLAG Annahme zum Netz: 5Hz => Tennet Süd ab MW Tennet Nord => EnBW ab MW Ergebnis: Deutliche Verbesserung Aber: ab Ende der 22er Jahre wieder erste Engpässe im NW

13 Kritikpunkte am NEP 212 haben zu Reduzierung durch BNetzA geführt Quelle: BNetzA - Bestätigung Netzentwicklungsplan Strom 212; S. 317 Diskussionsaspekte seitens BET: Tendenziell überdimensionierter Netzausbau? Ausbau für die letzte kwh EEG Ausbau auch für (Braun-)Kohlegrundlast? Keine Standortoptimierung.. der EE-Anlagen.. der konventionellen Erzeugung Mangel an konsistenten Daten Systemhöchstlast 79,6 84 GW Unverändertes Lastprofil Fehlende Sensitivitätsanalysen Ggf. zu geringe Berücksichtigung DSM Kuppelkapazitäten zu Märkten mit hohem (Wasser-)Speicherpotenzial Keine Berücksichtigung der Auswirkungen aus dem Verteilnetz 13

14 Aufgabe: Wesentliche Treiber identifizieren für den NEP Netzausbau grundsätzlich vergleichsweise preiswert Netzinvestitionen 2 Mrd. Das sind,3..,4 Ct/kWh Identifikation möglicher Optimierungspotenziale Redispatch begrenzt zulassen Begrenztes Einspeisemanagement EE Standortoptimierung/ Variation EE (z.b. Onshore ++, Offshore --) Standortoptimierung konv. Kraftwerke und Speicher DSM Direktvermarktung EE? Vorrangeinspeisung? Merit Order Effekte Sensitivitätsanalysen Was sind wesentliche Treiber? Welche Ausbauszenarien sind robust? 14

15 Agenda Warum braucht die Energiewende den Stromnetzausbau? Umbau des Erzeugungssystems Herausforderung: Nicht übertragbare Erzeugung BET-Studie vbw Bayern 211 BET-Studie AGORA 213 Technische Grundlagen Fazit 15

16 Beispiel für ein Szenario-Element: Räumliche Verteilung und Menge EE (1) EE-Szenario verbrauchsnahe Erzeugung entstammt einer Studie, die CONSENTEC für AGORA erstellt hat setzt den Ausbauschwerpunkt auf EE- Standorte nahe beim Lastschwerpunkt auch weniger gute Standorte werden genutzt flächigere Verteilung von Wind und Sonne Deutlich weniger Offshore-Wind als im NEP angenommenmehr 16

17 Beispiel für ein Szenario-Element: Räumliche Verteilung und Menge EE (2) EE-Szenario beste Standorte entstammt einer Studie, die CONSENTEC für AGORA erstellt hat setzt den Ausbauschwerpunkt auf EE- Standorte mit besonders guten Bedingungen Sonne eher im Süden Wind eher im Norden Mehr Offshore-Wind, aber dennoch weniger als im NEP angenommen 17

18 Beispiel für eine getroffene Annahme: Erzeugungsmanagement PV Erzeugungsmanagement ist Prämisse Basis: Einspeiseprofile des NEP Ansatz: Kappung der Einspeiseprofile, sodass 1% der Arbeit betroffen ist offshore Unterschiedliche Kappung der Leistung von PV (ca. 15 %) Wind onshore (ca. 12,8 %) Wind offshore (ca. 5,4 %) Alle EE-Profile des NEP werden so modifiziert und mit geänderten Leistungswerten hinterlegt. 18

19 Aufgabenstellung: Robustes Netz für die Energiewende Dargestellt ist der zusätzlich zum Startnetz des Netzentwicklungsplanes erforderliche Netzausbau bis 233 Langfristig 4 HGÜ Transportkanäle erforderlich 19

20 Agenda Warum braucht die Energiewende den Stromnetzausbau? Umbau des Erzeugungssystems Herausforderung: Nicht übertragbare Erzeugung BET-Studie vbw Bayern 211 BET-Studie AGORA 213 Technische Grundlagen Fazit 2

21 Technische Optionen: Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) mit Freileitungen Voltage Source Converter (VSC) HGÜ Technologische Fragen zum Betrieb bei ±64 kv gemäß VDE-Studie Stromübertragung für den Klimaschutz grundsätzlich geklärt Gemäß VDE-Studie Stromübertragung für den Klimaschutz ist derzeit ein maximaler Strom von 1,875 ka je Modul zulässig 2.4 MW pro System Ggf. ist zukünftig jedoch eine Erhöhung der Übertragungskapazität durch leistungsstärkere IGBT-Module möglich Vorteil: Beitrag zur Systemstabilität und Systemdienstleistungen u. a.: Vollumfänglich zur Lastflusssteuerung geeignet Blindleistungsbezug oder Lieferung einstellbar Nachteile: Konverter-Verluste Einsatz auf kurzen Distanzen nur in Sonderfällen Derzeit nur Punkt-zu-Punkt-Verbindung möglich (DC-Leistungsschalter (noch) nicht verfügbar) Berlin, den 18. Oktober

22 Technische Optionen: Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) mit Kabeln Voltage Source Converter (VSC) HGÜ Gegenwärtig sind die eingesetzten VPE-Kabel auf ±32 kv beschränkt Gemäß VDE-Studie Stromübertragung für den Klimaschutz ist derzeit ein maximaler Strom von 1,875 ka je Modul zulässig 1.2 MW pro System Gemäß der VDE-Studie ist bis 22 von einer Erhöhung auf ±5 kv auszugehen MW Vorteil: Beitrag zur Systemstabilität und Systemdienstleistungen u. a.: Vollumfänglich zur Lastflusssteuerung geeignet Blindleistungsbezug oder Lieferung einstellbar Nachteile: Vergleichsweise geringe Betriebserfahrung Konverter-Verluste (etwa 2% pro System) Einsatz auf kurzen Distanzen nur in Sonderfällen Derzeit nur Punkt-zu-Punkt-Verbindung möglich (DC-Leistungsschalter (noch) nicht verfügbar) Berlin, den 18. Oktober

23 Agenda Warum braucht die Energiewende den Stromnetzausbau? Umbau des Erzeugungssystems Herausforderung: Nicht übertragbare Erzeugung BET-Studie vbw Bayern 211 BET-Studie AGORA 213 Technische Grundlagen Fazit 23

24 Fazit Der Netzausbau ist dringend erforderlich Bundesbedarfsplan ist nach derzeitigen Erkenntnissen insgesamt eine No-regret-Maßnahme Priorisierung auf der Zeitachse Welche Projekte sind erfolgskritisch im Sinne der Energiewende? Entwicklung konsistenter Szenarien für die Erzeugung Datenbasis zu Nachfrage verbessern Optimierungspotenziale ermitteln Allokationssignale für Kraftwerksstandorte Einspeisemanagement und Redispatch in begrenztem Umfang einbeziehen Flexibilisierung von must-run Kraftwerken Entwicklung eines robusten Netzausbaues, der ausreichend Planungssicherheit für die Marktakteure bietet 24

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