Versorgungsqualität in Industrienetzen

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1 Berlin, 18. Januar 2005 ETG Fachtagung Versorgungsqualität in Industrienetzen Dr.-Ing. Christian Czauderna Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna

2 Bayer Industry Services Standorte! Leverkusen! Dormagen! Uerdingen Geschäftsfelder! Energiedienste! Umweltdienste! Technische Dienste! Analytik! Verfahrens- u. Anlagensicherheit Kennzahlen:! Mitarbeiter 7.000! Umsatz (Mio. /a) 1.400! Strom (GWh/a) 5.600! Erdgas (GWh/a) Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 2

3 Definitionen Qualität Technische orientierte Definition (ISO 9000ff): Qualität ist die Übereinstimmung eines Produktes mit positiven Produktmerkmalen Wirtschaftlich orientierte Definition: Qualität ist die Erfüllung der vereinbarten Kundenerwartung Qualität in der industriellen Stromversorgung Die Versorgungsqualität muss abgestimmt sein auf den zu versorgenden Prozess. Es liegt ein breites Spektrum an unterschiedlichsten Qualitätsanforderungen vor. D.h. die Versorgung muss nicht allein qualitativ so hoch wie möglich, sondern vor allem auch so angemessen wie nötig sein. Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 3

4 Merkmale der Versorgungsqualität - Power Quality Versorgungszuverlässigkeit Versorgungszuverlässigkeit Versorgungsunterbrechungen durch Kurz- bzw. Erdschlüsse Abschaltung durch Netzüberlastung Ausfall von Erzeugungseinheiten Fehlschaltungen Beeinflussbarkeit Redundanz in der Netzstruktur Wahl des Schutzkonzeptes technische Hilfseinrichtungen Organisation des Netzbetriebs Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 4

5 Merkmale der Versorgungsqualität Spannungsqualität Versorgungszuverlässigkeit Spannungsqualität Spannungseinbrüche Kurzschlüsse, Motoren Flicker periodisch schwankende Netzbelastung Transiente Überspannungen atmosphärische Störungen Oberschwingungen Gleichrichter, Frequenzumrichter, Phasenanschnittst. Beeinflussbarkeit Netztrennung Verstärkung der Anbindung Filter und Kompensationselemente Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 5

6 Merkmale der Versorgungsqualität Spannungsqualität Versorgungszuverlässigkeit Frequenzstabilität Gleichgewicht Erzeugung u. Verbrauch gestört durch: Lastprognosefehler Erzeugungsanlagenausfälle Frequenzstabilität Beeinflussbarkeit Regelmechanismen Frequenzumrichter kaum beeinflussbar in Verteilebene Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 6

7 Internationale Standards Spannungsqualität Versorgungszuverlässigkeit EN Spannungseinbrüche, Flicker (95% der 10-Min.-Mittelwerte einer Woche) 90%U n <U<110%U n 85%U n <U<110%U n (alle Mittelwerte) Oberschwingungen (OS) harmonisch (95% der 10-Min.-Mittelwerte einer Woche) OS-Gehalt bis 2kHz < 8% U n Grenzen für die einzelnen Harmonischen Frequenzstabilität Versorgungszuverlässigkeit (n-1)-kriterium Zollenkopf-Kurve keine internationalen Standards Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 7

8 Besonderheiten von Netzen der Chemischen Industrie Industrieanteil am Stromverbrauch liegt bei ca. 40% in D Konzentrierte Flächenlasten bis zu 70 MW/km² Höchste Ansprüche an Versorgungsqualität Blindleistung und Dynamik der Lasten Empfindlichkeit gegenüber Spannungseinbrüchen Netzverschmutzer und High-Quality-Kunden in einem Netz Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 8

9 Anforderungen an Netze Hohe Versorgungszuverlässigkeit Sofortreserve (Parallelversorgung, Umschaltreserve) Schnelle selektive Schutzkonzepte Minimierung der Unterbrechungsdauerns durch schnelle Fehlerklärung Wirtschaftlichkeit Optimale Investitions- und Betriebskosten Flexible Netzstrukturen - angepasst an Lastentwicklung Minimierung von Netzverlusten Automatisierbarkeit des Netzbetriebes Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 9

10 Versorgungsqualität im Netz eines Chemiestandortes Einspeisung HöS Einspeisung GT GT HS GT G G Einspeisung MS 1000 MS C B A A B A B C A B A B A B G D Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 10

11 Versorgungszuverlässigkeit Defizithäufigkeit E(H D ) /a Defizitleistung P D 12 MW Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 11 MS-Lastknotenergebnisse Ausgeglichenes und hohes Zuverlässigkeitsniveau an allen Versorgungspunkten 0

12 Bedeutung der Inselfähigkeit (Grüne Schiene) Inselkonzept Erzeugungseinheiten sind inselfähig MS-Stationen werden wahlweise von grüner Schiene versorgt Über Schnellkupplung trennbar Entkopplung von Restnetz Beispiel: A3000 auf blaue Schiene gelegt E(H D ) an A /a Deutliche Vorteile für ausgewählten Prozess Inselnetzfähigkeit gewinnt an Bedeutung im Anbetracht der Veränderungen in der europäischen Netzwirtschaft Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 12 0 I-1 I-2 O-1 O-2 ohne mit Inselkonzept

13 NS-Versorgungszuverlässigkeit MS-Reserve MS-Haupt-Sammelschiene A B C Schnellumschaltung: a) Gesamte NS-Verteilung bei Ausfall nur eines Stranges b) Nur Prioritäre Verbraucher bei MS-Spannungslosigkeit (Belastung Reservetrafo) D E Defizit liegt vor wenn normale Verbraucher abgeschaltet werden Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 13

14 Zuverlässigkeit der NS-Verteilung mit und ohne Schnellumschaltung (SU) E(H D ) /a ohne SU mit SU 3000_D 3000_E 3000_B 3000_C Deutliche Zuverlässigkeitsvorteile hinsichtlich der Defizithäufigkeit Besonders wirkungsvoll bei Umschaltung auf Reservenetz W D,k 0.25 MWh/a Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 14

15 Spannungsqualität Spannungsverlauf an Netzknoten bei Kurzschlüssen Simulation aller denkbaren Kurzschlüsse Analyse des Spannungsverlaufs an allen Netzknoten Defizit? U Schutzabschaltung Wiederzuschaltung/ Reparatur U n Last A U Last A Last B U min U min A,B U Last B T S < 1s min...h Zeit Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 15

16 Spannungsqualität vs. Versorgungszuverlässigkeit E(H 0.9 D ) 1/a E(H D,SE ) Mindest-Restspannung 80% U n 0 Lastknoten Spannungseinbrüche sind die häufigeren Ereignisse (Empfindlichkeit des Prozesses?) Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 16

17 Möglichkeit zur Verbesserung durch Netztrennung Verzicht auf Sofortreserve MS-Schienen gekuppelt/offen zu offen Aber: Nachteile bezüglich Versorgungszuverlässigkeit (Umschaltautomatik?) Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 17

18 Spannungsqualität Empfindlichkeit der Prozesse gegen kurzzeitige Spannungseinbrüche ist sehr individuell Gerade die Prozesse mit hoher Versorgungszuverlässigkeit sind vermehrt Spannungseinbrüchen ausgesetzt (Komplexität der 6-kV-Station) Spannungsqualitätsprobleme können bei anfälligen Prozessen lokal gelöst werden Maßnahmen Trennung der MS-Schienen (Kupplungen offen betreiben) Energiespeicher (DVR Dynamic Voltage Restorer), USV Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 18

19 Spannungsqualität Top Kunde vs. Netzverschmutzer Kunde A M Kunde B M M M Kunde C Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 19

20 Spannungsqualität Top Kunde vs. Netzverschmutzer K1 Lösungen gemeinsam mit den Kunden erarbeiten Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 20

21 Fazit Industrienetze haben ganz individuelle Qualitätsansprüche Höchste Verfügbarkeiten und Qualität müssen geboten werden Unabhängigkeit von Zuverlässigkeit des Verbundsystems scheint zunehmend an Bedeutung zu gewinnen In Qualität wird da investiert, wo Notwendigkeit aus Kundensicht besteht Das Zusammenbringen der unterschiedlichsten Kundenanforderungen ist das A und O eines Chemiepark-Netzbetreibers Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 21

22 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Energiedienste Dr.-Ing.Czauderna Seite 22