Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien - Geschäftsmodell oder Netzanschlussbedingung?

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1 latzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien - Geschäftsmodell oder Netzanschlussbedingung? Arne Dammasch 2. Energiekongress Saarbrücken

2 Inhalt Entwicklung EEG-Anlagen in Deutschland Systemdienstleistungen Vorgabe durch Netzanschlussbedingungen Markbasierte Ansätze Forschungsaktivitäten Fazit Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 2

3 Stromerzeugung in TWh Installierte Leistung in GW Entwicklung EEG-Anlagen in Deutschland Installierte Leistung EEG-Anlagen Stromerzeugung aus EEG-Anlagen Situation: Starker Anstieg der Erzeugungsleistung aus erneuerbaren Energien Insbesondere hervorgerufen durch massiven Zubau von Wind- und V-Anlagen Zukünftig ist von einem weiteren Anstieg auszugehen Jahr Wasserkraft Geothermie biogener Anteil des Abfalls Biomasse Windenergie hotovoltaik Herausforderung: Ein Großteil der Leistung ist fluktuierend und kann zu Belastungen im Netz führen Wie können EEG-Anlagen zur Systemstabilität beitragen? Quelle: BMU (2012), Erneuerbare Energien in Zahlen Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 3

4 EEG-Durchdringung am Beispiel hotovoltaik Anzahl dezentraler V-Anlagen <= 40 kwp > 40 kwp Installierte V-Leistung <= 40 kwp > 40 kwp 70K 6% 11GW 48% 12GW 52% 1.031K 94% V-Anlagen mit bis zu 40kWp dominieren zahlenmäßig mit über 1 Mio. installierten Anlagen und stellen mit ca. 12GWp 52% der installierten Leistung bereit! Quelle: EEG Anlagenstammdatenregister (2012) Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 4

5 Verteilung von V-Anlagen auf die Netzebenen V-Anlagen bis 40 kw NS MS+ V-Anlagen ab 40 kw NS MS+ 5K 1% 14K 20% 1.023K 99% 56K 80% 98% der in Deutschland installierten V-Anlagen befinden sich im Niederspannungsnetz und stellen dort mit mehr als 16,4GWp 70% der installierten V-Kapazität bereit! Quelle: EEG Anlagenstammdatenregister (2012) Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 5

6 Systemdienstleistungen Frequenzhaltung: Die Frequenz soll im europäischen Verbundnetz 50 Hz ±Toleranz betragen und wird durch das Gleichgewicht von erzeugter und verbrauchter Leistung bestimmt. Spannungshaltung: Die Spannung im Netz muss an jedem unkt im Bereich U N ± 10% liegen. Dies ist abhängig von Erzeugungseinheiten und den Spannungsabfällen über den Leitungen und anderen Betriebsmitteln. Versorgungswiederaufbau: Nach einem Ausfall der Stromversorgung (ganz oder teilweise) ist die Versorgung wieder aufzubauen. System-/Betriebsführung: Hierzu zählt die Netzüberwachung, Instandhaltung, Einsatzplanung, Schalthandlungen, etc.. Störungen sollen mit den augenblicklich verfügbaren betrieblichen Möglichkeiten und Betriebsmitteln in ihren Auswirkungen beherrscht bzw. begrenzt werden Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 6

7 Spannungshaltung: Leistungsflussumkehr ein technisches roblem? Ziel: Einhaltung des Spannungskriteriums nach EN (U N ± 10 %) Beispiel: Zur Kompensation des Spannungsfalls entlang der Leitung: stationäre Verstellung des Übersetzungsverhältnisses am Transformator der Netzstation Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo U L1 1,1 p.u. = 253 V Last 1 Last 2 1,0 p.u. = 230 V 0,9 p.u. = 207 V Länge Max. Last (Mit Spannungsverstellung) Max. Last (Ohne Spannungsverstellung ) Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 7

8 Spannungshaltung: Leistungsflussumkehr ein technisches roblem? Beispiel: Installation V-Anlage: In den lastarmen Vormittagsstunden kommt es zur Leistungsflussumkehr. Verletzung Spannungskriterium nach EN V Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo U L1 1,1 p.u. = 253 V 1,0 p.u. = 230 V 0,9 p.u. = 207 V Last 1 Hohe Einspeisung durch V bei schwacher Last Länge Last 2 Max. Last (mit Spannungstellung) 3~ ~ V V-Anlagen mit bis zu 40kWp dominieren zahlenmäßig mit über 1 Mio. installierten Anlagen Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 8

9 Spannungshaltung durch Blindleistungseinspeisung Beispiel: Durch induktiven/untererregten Betrieb des V-Wechselrichters (hier: Aufnahme von Blindleistung) Reduzierung der Spannungsanhebung V Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo Q U L1 1,1 p.u. = 253 V Last 1 Hohe Einspeisung durch V bei schwacher Last wie oben, aber mit Bezug von Blindleistung Last 2 3~ ~ V Q 1,0 p.u. = 230 V Länge 0,9 p.u. = 207 V Max. Last (mit Spannungstellung) V-Anlagen mit bis zu 40kWp dominieren zahlenmäßig mit über 1 Mio. installierten Anlagen Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 9

10 Erzeugungsmanagement / Einspeisemanagement Rechtliche Basis: 6 Abs. 1 EEG 2009 ab 100 kw 13/14 EnWG: Gewährleistung der Netzsicherheit durch den ÜNB/VNB 6 In EEG 2012 nachrangig ab 0 kw, wenn nicht bis 30 kwp optionale Leistungsbegrenzung auf 70 % gewählt Verluste dann ca. 3 8 % wenn kein Eigenverbrauch Bewährte Abstufung für über 100kW : Begrenzung auf 100%, 60%, 30%, 0% NENN Die Maßnahme ist sowohl für Übertragungs- als auch das Verteilnetz sinnvoll Leider ist jetzige Rundsteuertechnik nicht Smart grid -geeignet, wg. zu großflächiger Adressierung Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 10

11 Die wichtigsten Verordnungen im Überblick Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG, ab Novellierungen) DistributionCode 2007 TransmissionCode 2007 Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz (Mittelspannungsrichtlinie, 2008) VDE-AR-N 4105 (Niederspannungsrichtlinie, 2011) Verordnung zu Systemdienstleistungen durch Windenergieanlagen (Systemdienstleistungsverordnung SDLWindV, 2009) Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 11

12 Roadmap Netzintegration Ebene Verteilnetz > Spannungshaltung Blindleistung am MS-Netz (BDEW-RL ab 2010) Blindleistung am NS-Netz (FNN-RL ab 2011/2012) > Energiemanagement im Smart Grid Intelligente regelbare Ortsnetzstationen Optimierung Eigenverbrauch, auch mit dezentralen Batteriespeichern Einspeisemanagement lokal im NS-Netz << 100 kwp (spannungsabhängig/smart Grid) Dezentrale Batteriespeicher mit lokales eak-shaving im Verteilnetz Schwarzstart-Fähigkeit Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 12

13 Roadmap Netzintegration Systemstabilität (verantwortlich ÜNB) > Einspeisemanagement Erzeugungsmanagement > 100 kw (EEG) > Frequenzregelung Frequenzabhängige Leistungsreduktion (BDEW-RL ab 2009/FNN-RL ab 2011/2012) > Energiewirtschaftliche Maßnahmen Nachbildung rotierenden Synchrongeneratoren mit positiver Regelreserve (Momentanreserve, rimärregelung) Solar-rognose Eigenverbrauch mit variablen, erzeugungsabhängigen Tarifen (Smart metering), Demand-side-management (z.b. Wärmepumpe) zentrales eak-shaving mit Batteriespeicher, virtuelle Kraftwerke DSM: elektrische Speicherheizung, Elektromobilität/Methanisierung von V Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 13

14 Vermarktung von Systemdienstleistungen aus EEG-Anlagen Regelenergiemarkt als vorhandene lattform nutzen? ooling notwendig räqualifikation (Nachweis der gesicherten Erbringung), sonst Besicherung Beispiel Wind: Gedrosselt fahren um bei Abruf pos. Minutenreserve zu erbringen Herausforderung: Sekundärregelleistung, Wochenausschreibungen schlecht planbar mit V und Wind Ausblick: Biogas/-Masseanlagen, Speicherbonus, Fermenter etc. Innovative Marktkonzepte Virtuelle Kraftwerke Dezentrale Speichervermarktung Lokalitätsfaktor für Wirkleistungsmärkte Blindleistungsmarkt für Spannungshaltung? Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 14

15 Forschungsverbund Gefördert für 3 Jahre durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) Volumen 4,115 Mio. ca. 40 fachübergreifende WissenschaftlerInnen aus ganz Niedersachsen Koordination durch die Universität Oldenburg und OFFIS Dezentrale Koordinationsverfahren (T 1, T 2) MicroGrids (T 5) Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 15

16 Themenfeld Gewünscht und erwartet Vielzahl dezentraler Anlagen im LV/MV-Netz Verdrängung konventioneller Kraftwerke Herausforderungen Koordination in unteren Spannungsebenen Erhöhter Aufwand der Systemstabilisierung Systemdienstleistungen aus LV/MV-Netzen Lösungsweg Neue lanungs- und Betriebsprozesse auf der Basis von dezentralen Akteuren Marktorientierte Bereitstellung von Wirk- und Systemdienstleistungen aus unteren Spannungsebenen Dynamische, selbstorganisierte Verbundbildung Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 16

17 Zentrale Forschungsfragen Marktdesign und Systemdienstleistungen: Integrierte Märkte und rodukttypen Design und Betrieb des agentenbasierten Systems: Effiziente Verbundbildung und lanung durch Agenten vs. Echtzeitanforderungen Informationsallokation und -repräsentation: Abbildung anlagenlokaler Restriktionen Architektur und Automatisierungsstandards: Kopplung Automatisierungsstandards und Standards für Energie- und Verteilnetzmanagement Netz: Gesamtsystemstabilität (Frequenz- und Spannungsstabilität) durch Systemdienstleistungen in unteren Netzebenen Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 17

18 Anwendungsfall Dezentrale Erzeuger, Speicher und flexible Lasten beteiligen sich an Wirkleistungsverbünden. Netzagenten sammeln, verarbeiten und stellen Informationen über den aktuellen Netzbetriebszustand sowie den Bedarf an Netzstützenden Systemdienstleistungen bereit. Märkte schreiben Wirk- und Systemdienstleistungsprodukte aus Regel- und steuerbare Umrichter beteiligen sich an der Vorhaltung netzstützender Systemdienstleistungen Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 18

19 Fazit Netzsystemdienstleistungen von erneuerbaren Energien im Verteilnetz möglich Aber: Nicht alle Systemdienstleistungen sind handelbar Verringerung Netzausbaukosten durch neue intelligente Maßnahmen im Verteilnetz: Blindleistungseinspeisung durch Wechselrichter Intelligente Ortsnetzstation Forschungsbedarf insbesondere bei Netzintegration und Einbindung dezentraler und zentraler Speichersysteme Forschungsprojekte sollten Katalysator sein als gemeinsame Demonstrationsvorhaben von Netzbetreibern, Forschungsinstituten und Industrie Erst ein Zusammenspiel von Technologieentwicklungen, Richtlinien, Netzanschlussbedingungen und Märkten ermöglicht zukünftig ein stabiles und sicheres Stromnetz in Deutschland Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Technische Universität Braunschweig Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen - elenia Dipl.-Wirtsch.-Ing. Arne Dammasch Schleinitzstraße Braunschweig a.dammasch@tu-braunschweig.de Telefon: Fax: rof. Dr.-Ing. Bernd Engel Schleinitzstraße Braunschweig bernd.engel@tu-braunschweig.de Telefon: Fax: Arne Dammasch Netzsystemdienstleistungen von Erneuerbaren Energien Seite 20