Intelligente Stromautobahnen

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1 Intelligente Stromautobahnen Innovationen bei Siemens Presse- und Analysten-Event 8. Dezember 2015 siemens.com/innovationen

2 Inhalte ULTRANET Neuer Übertragungsweg für die Energiewende Intelligente Stromautobahnen Das Projekt»Ultranet«und seine technischen Herausforderungen Dr. Werner Götz TRANSNETBW Dr. Jan Mrosik Siemens AG Dr. Klaus Kleinekorte Amprion Siemens AG 2015 Seite 2 8. Dezember 2015 Jan Mrosik

3 Ultranet neuer Übertragungsweg für die Energiewende Innovationen bei Siemens Presse- und Analysten-Event 8. Dezember 2015 Dr. Werner Götz, TRANSNETBW siemens.com/innovationen

4 AGENDA / Unser Unternehmen / Energiewende - Paradigmenwechsel / Energiewende - Versorgungssicherheit / Energiewende - Lösungsbaustein Ultranet

5 Unser Unternehmen ÜBERTRAGUNGSNETZBETREIBER IN BADEN- WÜRTTEMBERG / Mitarbeiter 540 (Dezember 2015) / Umsatz 5,9 Mrd. (Geschäftsjahr 2014) / Geschäftsmodell 100%-ige Tochter der Energie Baden- Württemberg AG und zertifizierter Unabhängiger Transportnetzbetreiber / Versorgungsgebiet Fläche km² Leitungslänge km Last* in Baden-Württemberg 11 GW Elektrischer Bedarf max. 62 TWh Seite 5

6 Energiewende Paradigmenwechsel DER WANDEL IN ZAHLEN: ~1,3 MIO. PROSUMER IN DEUTSCHLAND WANDEL IN ZAHLEN: ~1,3 MIO. PROSUMER IN D / 450 zentralen Kraftwerken vs. 1,5 Millionen dezentrale Erzeugungsanlagen / Über 25 % der Stromerzeugung stammen aus Erneuerbaren Energien Verdreifachung seit 2000 und damit deutlicher Anstieg an volatiler Erzeugung / Räumliche Trennung von Erzeugung und Verbrauch mit Erzeugungsschwerpunkten im Norden und Verbrauchsschwerpunkten im Süden / Zeitweise Umkehr der Stromrichtung von niedriger zu höherer Spannungsebene / Ringströme im benachbarten Ausland DIMENSIONEN DER VERSORGUNGSSICHERHEIT / national vs. europäisch: Selbstversorger oder Kupferplatte? / Integration erneuerbare Energien / Systemstabilität Seite 6

7 Energiewende - Versorgungssicherheit 2015: REDISPATCH BEI STARKWIND (1) Deutschlands zukünftige Energielandschaft / Große Distanzen zwischen Produktion und Verbrauch / Stromtransport bis zu 800 km / Europäischer Strombinnenmarkt und Stromhandel / Großes Volumen fluktuierender erneuerbarer Erzeugung schon heute! Engpass Seite 7

8 Energiewende - Versorgungssicherheit 2015: REDISPATCH BEI STARKWIND (2) Quelle: TransnetBW Seite 8 / Starkwindsituationen und Sturmtiefs (vgl. Niklas) führen heute zu Einspeisungen aus Windkraftanlagen in Höhe von 30 GW (~85 % der installierten Leistung). / Bereits heute müssen ca. 20% dieser Leistung durch den ÜNB neu allokiert werden!

9 Energiewende Versorgungssicherheit 2015: ÜBERLASTUNG DER NEBENSTRAßEN IM AUSLAND / Starke Nord-Süd-Handelsflüsse Richtung Süd- /Südosteuropa / Starke physikalische Transitflüsse z.b. über Polen, Tschechien und die Slowakei weiter nach Süden physical flows (DACF) (MW) trading volume (day-ahead) (MW) Ex ,40 DE Im0 76,06 PL L / Belastungen der ausländischen Stromnetze / Beispiel August 2015: Polen konnte aufgrund zusätzlicher KW- Nichtverfügbarkeiten den Strombedarf nicht mehr decken und musste Industriekunden abschalten FR 1349 Im ,06 CH IT CZ AT Ex ,13 Im ,40 SK HU Quelle: TransnetBW, D-1-Handelsflüsse & Lastflüsse, Augusttag Seite 9

10 Energiewende und Versorgungssicherheit 2023: RÜCKGANG REGELBARER ERZEUGUNG Seite 10 Quelle: NEP 2025

11 Energiewende und Versorgungssicherheit 2023: ZUBAU ERNEUERBARER ERZEUGUNG Seite 11 Quelle: NEP 2025

12 Energiewende und Versorgungssicherheit 2023: REDISPATCH AUCH BEI NORMALWIND Seite 12 / Hohe Redispatch-Volumina nicht nur bei Sturmfronten / An 9 Monaten im Jahr werden mehr als 5 GW Redispatch benötigt / Das süddeutsche Kraftwerkspotenzial reicht nicht aus / Kraftwerksleistung muss in großem Ausmaß im Ausland gesichert werden Quelle: TransnetBW

13 Energiewende Lösungsbaustein Ultranet NEUE ÜBERTRAGUNGSWEGE DC-Übertragungskorridore: geplanter Neubau in Deutschland / Länge: km / Übertragungskapazität: 12 GW / Nach Belgien, Dänemark, Norwegen: 200 km AC-Netz: geplanter Neubau / Länge: km DC/AC-Netz: geplante Verstärkung / Länge: km Investitionsvolumen: rund 23 Mrd. Euro Bedarf politisch bestätigt und gesetzlich verankert. Seite 13

14 ULTRANET EIN WICHTIGER LÖSUNGSBAUSTEIN FAZIT / Die Energiewende schreitet voran, die erfolgreiche Integration erneuerbarer Energien erleben wir täglich. / Die aktuellen Herausforderungen für die ÜNB in Deutschland und seinen Nachbarländern sind gewaltig und werden künftig noch zunehmen. / Schlüsselfaktor für das Gelingen der Energiewende ist der Netzausbau: Reduzierung von inländischen Netzengpässen und Ausbau der Grenzkapazitäten gleichermaßen. / ULTRANET ist ein wichtiger Lösungsbaustein und Auftakt des beschlossenen Netzbaus Seite 14

15 FÜR EINE SICHERE UND ZUVERLÄSSIGE STROMVERSORGUNG

16 Intelligente Stromautobahnen Innovationen bei Siemens Presse- und Analysten-Event 8. Dezember 2015 Dr. Jan Mrosik, CEO Energy Management siemens.com/innovationen

17 Was haben diese drei Herren gemeinsam? Nicola Tesla Angus Young Thomas A. Edison Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

18 »Der Stromkrieg«Tesla (Wechselstrom) vs. Edison (Gleichstrom) + Leichte Transformierbarkeit: Hohe Übertragungsspannungen verringern die Verluste + Einfache Generatoren und Motoren + Einfache Schaltbarkeit Begrenzte Übertragungslängen AC Alternating Current Wechselstrom Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

19 »Der Stromkrieg«Tesla (Wechselstrom) vs. Edison (Gleichstrom) + Keine Beschränkung in der Übertragungsentfernung Aufwändige Transformation Bei niedriger Spannung hohe Übertragungsverluste DC Direct Current Gleichstrom Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

20 Damals: Der Stromkrieg-Sieger Wechselstrom AC Wechselstrom setzt sich durch Gleichstrom wird zur Nischentechnologie DC Ab den 1960ern: Das Comeback von Gleichstrom Leistungselektronik macht DC transformierbar Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

21 Die Energiewende stellt neue Anforderungen an das Stromnetz Punktgenaue Energielieferung Variabilität Entfernung Versorgungssicherheit Grenze Erzeuger Verbraucher verwischt immer mehr Schwankende Erzeugung erneuerbarer Energie Große Distanz zwischen Erzeuger und Verbraucher Zunehmende Komplexität der Stromerzeugung erfordert intelligente Betriebsmittel Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

22 AC alleine reicht nicht aus AC AC+DC Punktgenaue Energielieferung Variabilität Entfernung Versorgungssicherheit! Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

23 Das Zusammenspiel von Wechsel- und Gleichstrom bei Hochspannungsgleichstrom-Übertragungen AC DC AC Umrichter Umrichter Wechselstrom Gleichstrom Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

24 Anforderungen an die neue Gleichstromübertragung Transfer Kraftwerksfunktionen zu Verbraucherzentren Zukünftige Erweiterbarkeit DC Netze Hohe Zuverlässigkeit Nutzung vorhandener Trassen Hohe Effizienz Multiterminal Energieeinspeisung Spannungsregelung Netzstabilisierung Schwarzstartfähigkeit Hohe Redundanz Schnelle Fehlerklärung, vergleichbar zu AC-Netzen Fehlervermeidung bei schlechten Wetterbedingungen Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

25 Die Innovation: Umrichter mit intelligenter Steuerungssoftware Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

26 Funktionsprinzip des Stromrichters/Umrichters U dp U ac U dn Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

27 Beispiel für Störfälle im Netz: Umwelteinflüsse Blitzschlag Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

28 Beispiel für Störfälle im Netz Mechanische Einflüsse Astschlag Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

29 Neustart in einem Wimpernschlag Intelligente Steuerung Zeit < 450 ms Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

30 Siemens-Lösung bietet Höchstmaß an Sicherheit vor Stromausfällen 97% Temporäre Störungen werden durch die Vollbrücke beherrscht Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

31 Maximale Zuverlässigkeit bei allen Wetterbedingungen Spannungsreduktion Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

32 Vollbrückentechnologie ermöglicht die Vision 2050 Ein europaweites DC-Overlay-Grid Transfer Kraftwerksfunktionen zu Verbraucherzentren Zukünftige Erweiterbarkeit DC Netze Hohe Zuverlässigkeit Nutzung vorhandener Trassen Hohe Effizienz Vollbrückentechnologie von Siemens unterstützt die Energiewende Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

33 Mit der Vollbrücken-Technologie ist es uns gelungen, die positiven Eigenschaften von AC mit denen von DC in einer Lösung zu bündeln Siemens AG 2015 Seite Dezember 2015 Jan Mrosik

34 Das Projekt»Ultranet«und seine technischen Herausforderungen Innovationen bei Siemens Presse- und Analysten-Event 8. Dezember 2015 Dr. Klaus Kleinekorte, Amprion siemens.com/innovationen

35 Inhalt 1. Wo ist Ultranet 2. Was ist Ultranet 3. Wann kommt Ultranet 35 35

36 Die HGÜ Verbindung Ultranet ist wesentlicher Bestandteil der Energiewende: bereits seit dem Netzentwicklungsplan 2012 Ultranet Quelle: Bundesnetzagentur Bestätigung Netzentwicklungsplan Strom

37 Anforderungen & Ziele des Projektes Ultranet Anforderungen Schnelle Umsetzung (Abschaltung des KKW Philippsburg) Hohe Übertagungsleistung Beitrag zu der Systemstabilität Praktischer Beweis der hohen Funktionalität einer DC-Verbindung in einem stark vermaschten AC-Netz Erreichung der Ziele Verwendung der vorhanden Infrastruktur à Konversion eines AC-Stromkreises in einen DC- Stromkreis Im Vergleich zu AC-Stromkreis * 15% mehr Wirkleistungsübertragung * Verdopplung der nutzbaren Kapazität Einsatz von innovativen VSC MMC Technik mit Spannung- und Blindleistungskompensation Pilotprojekt Ultranet DC-Verbindung zwischen Osterath und Philipsburg 37

38 Pilotprojekt Ultranet Konversion von 380-kV-AC in ca. ±400-kV-DC DD DD Bipol, um die Verfügbarkeit zu erhöhen AD AD + + n n - Länge: ca. 400km - Dauerstrom der heutigen VSC-Technik: 1350A 2000A pro Ventilgruppe Für die optimale Auslastung der Freileitung werden inklusive witterungsabhängigen Betrieb 2700 A 3500 A benötigt Anforderung: Multiterminal -Fähigkeit 38

39 Was ist ein Hybridgestänge? AC Gestänge AC/DC Gestänge oder Hybridgestänge 380-kV- AC-System 380-kV- AC-System 380-kV- AC-System ± 380-kV DC-System R R R + S T S T S T k - R S T R S T R S T R S T 110-kV- AC-System 110-kV- AC-System 110-kV- AC-System 110-kV- AC-System 39

40 Wesentliche Ergebnisse Die Randfeldstärke von Al/St 265/35 im zulässigen Bereich bei DC-Spannung <450kV. à Die vorhandene Beseilung muss nicht getauscht werden Die Abstände im Mastbild (im Amprion Netz) werden üblicherweise für die Verwendung von Porzellanisolatoren ausgelegt. Durch die Verwendung von Verbundisolatoren mit wesentlich besserer Hydrophobie und geringeren Kriechwegen im Vergleich zu Porzellanisolatoren ist es möglich, eine Konversion durchzuführen à Tausch der Isolatoren notwendig Bei ermittelten Isolatorenlängen, Beseilung und Betriebsspannung <450kV sind die LIOV und SIOV dem AC-380-kV-Stromkreis ähnlich à Betrieb mit AC als auch DC möglich 40

41 Kopplungsphänomene in einem Hybridnetz 380-kV- AC-System R ±400-kV DC-System + R Ohmsche Kopplung Kapazitive Kopplung S T k - C Induktive Kopplung R S T 110-kV- AC-System R S T 110-kV- AC-System L2 AC Leiter M L1 DC Leiter 41

42 Wann kommt Ultranet Auftragsvolumen: ca. 900 Mio Zeitplan nach NEP 2012: Ultranet sollte 2019 bei Abschaltung von Philippsburg betriebsbereit sein. Zeitplan heute Dezember 2015: Durch verfahrensbedingte Verzögerungen wird Ultranet erst 2020 in Betrieb gehen können. Die Übertragungsnetzbetreiber haben Netz-Provisorien und betriebliche Maßnahmen identifiziert, damit das Licht 2019 im Süden nicht ausgeht. Aber das wird zusätzliches Geld kosten. 42

43 Das starke Netz für Energie

44 Fragen und Antworten Innovationen bei Siemens Presse- und Analysten-Event 8. Dezember 2015 Werner Götz, Jan Mrosik, Klaus Kleinekorte siemens.com/innovationen