Intelligente Ortsnetzstation als Alternative zum Netzausbau Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen

Transkript

1 Intelligente Ortsnetzstation als Alternative zum Netzausbau PowerBuilding & DataCenter Convention 2013 Dr. Thomas Weber Leiter Netzplanung Deutschland, Schneider Electric Simon Ryser Sales Manager Power Schweiz, Schneider Electric

2 Agenda Simon Ryser Schweiz vor Veränderungen in Strommix und Netzbetrieb Vorhandene Technologien schon heute einsetzen Ein lehrreicher Blick nach Deutschland Dr. Thomas Weber Smart Grids: Funktion und eingesetzte Technologien Netzverträglichkeit von Photovoltaik-Anlagen Fokus Technologie 1: Der regelbare Ortsnetztransformator Fokus Technologie 2: Die intelligente Ortsnetzstation Smart Kiosk Pilotprojekte: Technologie im Praxistest Ausblick 2

3 Strommix Schweiz und Deutschland Unterschiedliche Bedeutung von Wasserkraft und anderen Erneuerbaren Schweiz 57% Wasserkaft 2% andere Erneuerbare davon 0.1% PV Deutschland 3% Wasserkraft 19% andere Erneuerbare davon 5% PV Die Schweiz verfügt derzeit über einen gut zu steuernden Energiemix >99% 3

4 Die Schweiz vor Veränderungen Drei Szenarien des Zubaus erneuerbarer Energien gemäss VSE: 32 TWh 23 TWh 13 TWh Geothermie Wind Photovoltaik Biomasse Wasserkraft Quelle VSE-Studie Wege in die neue Stromzukunft,

5 Die Schweiz vor Veränderungen Heute bekannter Zubau von erneuerbaren Energiequellen: In MWh 2011 in Betrieb 2013 beantragt Wind PV 122` Total im Genehmigungsstau: 20x ca. mehr Wind und Sonne Quelle VSE-Studie Wege in die neue Stromzukunft ; 2012, Swissolar.ch, Zahlen, Daten, Fakten 5

6 Herausforderung Netzbetrieb Verschiedene Faktoren beeinflussen Stabilität und Zuverlässigkeit Energiestrategie 2050 Integration schwierig zu steuernder Energien Kosten Netzausbau Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzbetriebes Genehmigung Netzausbau 6

7 Schlüsselaussage Die Steuerung des Stromnetzes wird komplexer Schauen wir nach Deutschland: Probleme und Kosten für den dortigen Netzbetrieb sind bekannt Ziehen wir Konsequenzen für die Schweiz: Nutzen wir die nächsten 5-10 Jahre bis zur signifikanten Veränderung des Strommixes Trainieren wir für die Zukunft Nutzen wir die Lösungen von heute, um Erfahrungen für morgen zu sammeln 7

8 Aus bisherigen klassischen Netzen Zentrale Erzeugung Privatkunden Industrie Bürogebäude Datacenter Übertragung Verteilung Verwaltung und Industrie Zentrale Erzeugung auf Basis der Verbrauchsanforderungen Top-Down Energiefluss Erzeugungs-/ Verbrauchs-Ausgleich in integrierten EVU Passive Verbraucher 8

9 werden Smart Grids mit aktiven Energiemanagementlösungen Zentrale Erzeugung Leistungsfluss Leistungsfluss Industrie Privatkunden Bürogebäude Elektroautos und Energiespeicher Verbrauchs-/Erzeugungsmanagement: Energieeffizienz Visualisierung der Prozesse Regelung und Optimierung Datencenter Kommunikation und Software der Smart Grids Übertragung EEG Kraftwerke > 1MW Verteilung Neue Energiequellen aus Erneuerbaren Energien Echtzeitmanagement, Netzautomatisierung Micro Grids Neue Rollen / Neue Rollenverteilung Optimiertes Energiemanagement in allen Ebenen Verwaltung und Industrie Dezentrale verteilte Erzeugung <1MW 9

10 Technologien für das Smart Grid Portfolio der Zukunft 10

11 EEG-Ausbau + Reaktionen (I) Hintergrund bedeutender Anteil an der Stromerzeugung durch Windenergie (WEA) unzureichende Beteiligung der WEA an der Frequenzhaltung erschwerte Spannungshaltung im Netz durch Verdrängung konventioneller Kraftwerke durch WEA und damit unzureichender Blindleistungsbereitstellung erschwerte Aufrechterhaltung der Netzstabilität durch großflächige Abschaltung von WEA bei Netzfehlern Ziel Erhöhung der Netzstabilität und Netzzuverlässigkeit durch Anpassen des Systemverhaltens an konventionelle Kraftwerkseigenschaften für Windenergieanlagen und parks an Mittel- und Hochspannung Auch für: Photovoltaik-Parks an Mittel- und Hochspannung Auch für: Verbrennungskraftmaschinen 11

12 EEG-Ausbau + Reaktionen (II) Systemdienstleistungsverordnung Wind SDLWindV Anreizregulierung zur Erfüllung von Kraftwerkseigenschaften Verweis auf Transmission Code und BDEW-Mittelspannungsrichtlinie Transmission Code 2007 Verweis auf VDN-Leitfaden EEG-Erzeugungsanlagen am Hoch- und Höchstspannungsnetz BDEW Mittelspannungsrichtlinie Nachweis der Konformität durch Zertifikate FGW Technische Richtlinie TR8 Vorgehensweise bei der Berechnung VDE Anwendungsrichtlinie Mindestanforderungen für Erzeugungsanlagen am NS-Netz 12

13 Herausforderung Niederspannung Problemstellung Integration von PV-Anlagen in NS-Netze Spannungshaltungsprobleme Investitionen on demand 13

14 Netzverträglichkeit von PV-Anlagen Normen und Richtlinien VDE-Anwendungsrichtlinie 4105 Anschluss und Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz Spannungsänderung < 3 % Regeleigenschaften der Einspeiser Normen: EN IEC Normspannungen und Spannungsbereiche => 360 V < U b < 440 V (400 V 10 %) bdew-richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz Spannungsänderung, Spannungsstützung Wirk- und Blindleistungsregelung Kurzschlussströme 14

15 Anschluss PVA - Überblick Anteile der Spannungsanhebungen MSP-Netz NSP-Netz PVA I erz 110 % U ges 100 % U/U n 90 % U Netz U Trafo U Leitung U ges 15

16 Netzverträglichkeit von PV-Anlagen Berechnungsbeispiel: Anschluss einer Anlage mit 45 kw p an ein Niederspannungsortsnetz 16

17 Niederspannungsortsnetz Untersuchter Netzausschnitt 17

18 Basisberechnung: Schwachlast ohne Einspeiser 18

19 Istzustand: vorhandene Anlagen Bewertung ΔU nach BDEW 19

20 Sollzustand: Ist + neue Anlage 45 kwp Spannungsverteilung im Netz zulässig nicht zulässig 20

21 Leistungsbegrenzung auf 11,5 kw Spannungsverteilung im Netz zulässig nicht zulässig 21

22 Massnahme: Spannungsabsenkung (Prinzip) MSP-Netz NSP-Netz PVA I erz 110 % % 100 % U/U n Absenkung U ges 90 % U Netz U Trafo U Leitung U ges 22

23 Massnahme: Spannungsabsenkung um 2 x 2,5 % zulässig nicht zulässig 23

24 Massnahme: Netzausbau (Kabel/Freileitung) MSP-Netz NSP-Netz Netzausbau PVA I erz 110 % U ges 100 % U/U n 90 % U Netz U Trafo U Leitung U ges 24

25 Sollzustand inkl. Massnahme: beantragte Anlage 45 kw + Netzausbau zulässig nicht zulässig 25

26 Massnahme: Anschluss an geändertem VP zulässig nicht zulässig 26

27 Massnahme: Direktanschluss zulässig nicht zulässig 27

28 Anwendungsbeispiel regelbarer Ortsnetztransformator Erhöhung des Potentials durch Entkupplung MSP-Netz vom NSP-Netz MSP-Netz regelbarer ON-Trafo NSP-Netz PVA +/- 2,5%/Stufe 110% du max. 7% 103% 100% 97% 90% 28

29 Anwendungsbeispiel regelbarer Ortsnetztransformator Installierte Leistungen in kwp 17 kw 20 kw 30 kw 30 kw 15 kw 10 kw A 30 kw 29

30 Anwendungsbeispiel regelbarer Ortsnetztransformator Installierte Leistungen in kwp A möchte zusätzlich 30kWp installieren verfügbare Reserve max. 13kWp (cos φ = 0,9) danach im gesamten NSP- Netz kein Anschluss mehr möglich 17 kw 20 kw 30 kw 30 kw 15 kw 10 kw / 13 kw A 30 kw 30

31 Anwendungsbeispiel regelbarer Ortsnetztransformator Installierte Leistungen in kwp A möchte zusätzlich 30kWp installieren verfügbare Reserve max. 17 kw 13kWp (cos φ = 0,9) danach im gesamten NSP- Netz kein Anschluss mehr 20 kw möglich Einsatz eines regelbaren 34 kw Ortnetztrafos 15 kw / 62 kw 30 kw / 40 kw verfügbare Reserven cos φ = 0,9 10 kw / 13 kw / 79 kw 30 kw / 62 kw A 85 kw 30 kw / 62 kw 31

32 Herausforderung Niederspannung Lösungen Intelligente Ortsnetzstation SMART KIOSK Stufbarer Ortsnetztransformator RONT 32

33 Die intelligente Ortsnetzstation Übersichts-Schaltbild Alle Funktionen sind in einer Standard-Kompaktstation untergebracht 33

34 Die intelligente Ortsnetzstation Stand 2012: 630-kVA-Stationen FBX C-C-T2 mit Motorantrieb Easergy T200i (Fernsteuereinheit) Easergy Flair 200C (Netzsteuerungseinheit) Nicht-begehbare Station für Transformatoren bis zu 630 kva Regelbarer 630 kva Transformator Erste Generation (RONT) Niederspannung mit Leistungsschalter Spannungsregelung 34

35 Die intelligente Ortsnetzstation Spannungsregelung in der Ortsnetzstation mit RONT 35

36 Die intelligente Ortsnetzstation RONT II - Transformator der 2. Generation Hermetiktrafo 630 kva Übersetzung 21 kv / 0,42kV Laststufenschalter GRIDCON itap 9 Stufen a 2,5% Dauer einer Stufung: ca. 2s Max Anzahl Schaltungen: ca Regelbarer 630 kva Transformator Aufbau Leistungsteil 36

37 Die intelligente Ortsnetzstation Stand 2013: Stationen bis 2500 kva für den EEG-Betrieb FBX C-C-T2 mit Motorantrieb Easergy T200i (Fernsteuereinheit) Easergy Flair 200C (Netzsteuerungseinheit) NS-Messeinrichtung Electronisch regelbarer 630 kva Transformator (M-RONT) neue Generation Neue Systemlösung für EEG NS-Anschluss Nicht-begehbare Station für Transformatoren bis zu 2500 kva NS-Einheit mit Leistungsschalter für EEG Netzanschlüsse Spannungsregelung 37

38 Die intelligente Ortsnetzstation Konzept 2: MRONT - Magnetische Regelung (MagTech) M-RONT 1te Generation US-seitige Regelung stufenlos M-RONT 2te Generation wartungsfrei verlustreduziert 38

39 Die intelligente Ortsnetzstation Mittelspannungsteil 3-Feldrige Schaltanlage FBX, C-C-T1 mit Motorantrieben in den Kabelfeldern. Linksseitig Anbaufeld für Fernwirkeinheit Fernwirkunterstation T200I Fernüberwachung Flair 200C Kurzschlussanzeiger Flair 2xG Die Steuer- und Fernwirkkomponenten sind im Mittelspannungsteil untergebracht 39

40 Die intelligente Ortsnetzstation Niederspannungsteil 8 Niederspannungsabgänge + 4 Reserveabgänge Steuerschrank für den Motorantrieb des Stufenschalters Messgerät PowerLogic PM850 Der Installationsort der einzelnen Komponenten ist nicht zwingend vorgegeben 40

41 Die intelligente Ortsnetzstation Kommunikationsstruktur Ethernet IEC /GSM/Funk Netzleitstelle IEC (104) Modbus RS 485 Internet Betriebsführungsund Serviceleitstelle IEC (104) Netzführungssystem Die Intelligente Ortsnetzstation versorgt das Netzleitsystem mit Informationen aus dem gesamten Verteilnetz 41

42 Intelligente Ortsnetzstation E.ON Mitte Kunde: E.ON Mitte Standort: Borgentreich-Körbecke, Landkreis Höxter Lösung: Intelligente Ortsnetzstation mit mechanisch regelbarem Ortsnetztransformator der ersten Generation. 630-kVA-Standard-Hermetik- Öltransformator Nennspannung: 21/0,42 kv Oberspannungsseitig regelbarer Lastschalter als neunstufige Einheit mit Stufen à 2,5 % (Regelbereich -5 % bis +12,5 %) Senkrecht eingebauter Stufenschalter 42

43 Regelbare Ortsnetzstransformatoren E.ON Bayern Kunde: E.ON Bayern Lösung: Mechanisch regelbare Ortsnetztransformatoren der ersten und zweiten Generation. 630-kVA-Standard-Hermetik- Öltransformator Nennspannung: 21/0,42 kv oberspannungsseitiger Regelbereich unter Last in 9, 7 oder 5 Stufen (z. B. in 2,5 % Schritten von -5 % ,5 %) Erste Generation: Senkrecht eingebauter Stufenschalter Zweite Generation: Waagerecht eingebauter Stufenschalter MR itap 43

44 Intelligente Ortsnetzstation NEW Netz GmbH Kunde: NEW Netz GmbH Starttermin: KW 9, 2013 Lösung: Intelligente Ortsnetzstation mit mechanisch regelbarem Ortsnetztransformator der zweiten Generation. 630-kVA-Standard-Hermetik- Öltransformator Nennspannung: 21/0,42 kv oberspannungsseitiger Regelbereich unter Last in 9, 7 oder 5 Stufen (z. B. in 2,5 % Schritten von -5 % ,5 %) Waagerecht eingebauter Stufenschalter MR itap 44

45 . zu guter Letzt Zusammenfassung Ausblick 45

46 Einflussmöglichkeiten eines Regionalversorgers 46

47 Unterstützung durch uns.. (Auswahl) UW komplett von A bis Z Anlagen- Zertifikat Standard + SDL-Station Ausbauplanung RONT MRONT Intelligente ONST Prüfung PV an NS 47

48 Ausblick Integration regenerativer Erzeuger Gemeinsame Aufgabe von Netzbetreibern und Kraftwerksbetreibern Einheitenzertifizierung / Anlagenzertifizierung zum Nachweis der geforderten Eigenschaften Auswirkungen auf die Netze Ausbau der Mittelspannungsnetze Einsatz von regelbaren Transformatoren MS/NS Ausbau der Niederspannungsnetze Weitere Anforderungen Optimierung der Netze Einsatz geeigneter Regelungen im NS-Netz Geeignete Sekundärtechnik 48

49 Make the most of your energy

50 Kontakt Simon Ryser Schneider Electric Schweiz Sales Manager Power Dr. Thomas Weber Schneider Electric Energy GmbH Service Deutschland Leiter Netzplanung Schermenwaldstrasse 11, 3063 Ittigen +41 (0) Lyoner Straße D Frankfurt / Main +49 (0) thomas.weber@schneider-electric.com 50