Grundkurs Stromsystem

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1 Grundkurs Stromsystem Wie geht das eigentlich mit Stromerzeugung und dem Stromtransport? Anne Palenberg Gefördert durch:

2 Inhalt Stromerzeugung heute Was hat Klimaschutz mit dem Stromnetz zu tun? Technische Grundlagen Flankierende Maßnahmen zum Netzausbau 2

3 Konventioneller Kraftwerkspark (2011) Kraftwerke > 100 MW Anzahl Installierte Leistung (GW) Jahresenergie (TWh) Braunkohle 51 20,9 146,8 Steinkohle 86 27,1 107,6 Atom 9 (17) 12,7 (21,5) 106,4 Erdgas 80 22,4 80,9 Summe 234 (242) 84,7 (93,5) 441,7 3

4 Brutto-Stromerzeugung 2011 (612 Mrd. kwh) Quelle: AG Energiebilanzen, BDEW 12/2011 4

5 Atomausstieg bis Ende 2022 Unterweser Brunsbüttel Brokdorf (2021) Krümmel Emsland (2022) Abschaltung im März AKW (8,4 GW) Abschaltung zw und AKW (12,1 GW) Grohnde (2021) Installierte AKW-Leistung in MW Biblis A Biblis B Grafenrheinfeld (2015) Philippsburg 1 Philippsburg 2 (2019) Neckarwestheim 1 Neckarwestheim 2 (2022) Gundremmingen B (2017) Gundremmingen C (2021) Quelle: BDEW 12/2011 Isar 1 Isar 2 (2022) 5

6 Stromerzeugung aus Erneuerbaren Installierte Leistung (GW) Istwerte 2011* Prognose 2020 Jahresenergie (TWh) Installierte Leistung (GW) Jahresenergie (TWh) Wind onshore 28,7 46,0 35,8 64,8 Wind offshore 1,08 0,5 10,0 36,0 Photovoltaik 24,9 19,5 51,8 41,3 Biomasse 4,9 31,7 8,9 44,3 Wasserkraft 4,8 19,0 4,3 20,0 Geothermie 0,06 0,016 0,3 1,7 EE gesamt 64,4 121,8 111,1 207,1 Strombedarf *) vorläufig

7 Das Stromnetz als Flaschenhals der Energiewende Herausforderungen: Verteilungsnetz Übertragungsnetz D. Elliot, /DUH 7

8 Höchstspannung meist 220 / 380 kv Hochspannung meist 110 kv Mittelspannung 1-60 kv Niederspannung < 1 kv 8

9 Frage: Wie lang sind die Netze? [km] Stromkreislängen nach Spannungsebene [km] ( )

10 Stromkreislängen [km] Stromkreislängen nach Spannungsebene [km] ( ) Niederspannung Mittelspannung Hochspannung Höchstspannung 10

11 Übertragungsnetzbetreiber Quelle: Wiki Creative Commons, Urheber: Ice gixxe 11

12 Was hat Klimaschutz mit dem Stromnetz zu tun? Heutiges Stromnetz Großkraftwerke an Verbrauchsschwerpunkten Zentrale Einspeisung Transport von Erzeugung zum Verbraucher Heutiges Stromnetz Dezentrale Einspeisung Zentrale Kraftwerke im Meer Europäisches Stromnetz Transport in beide Richtungen Intelligentes Stromnetz Verbindung zu Speichern 12

13 Netzengpässe Im Übertragungsnetz: von Nord nach Süd In den Verteilungsnetzen: z.b. in Bayern D. Elliot, /DUH 13

14 Volatile Strommengen 0:00 0:45 1:30 2:15 3:00 3:45 4:30 5:15 6:00 6:45 7:30 8:15 9:00 9:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 22:30 23:15 Quelle: EEX transparency; Graphik: DUH [MW] Wind- und Solarstromerzeugung (Beispieltag: 24. Oktober 2011) Solarenergie Windenergie 14

15 Volatile Strommengen [MW] Wind- und Solarstromerzeugung (Beispieltag: 30. Oktober 2011) :00 0:45 1:30 2:15 3:00 3:45 4:30 5:15 6:00 6:45 7:30 8:15 9:00 9:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 22:30 23:15 Quelle: EEX transparency; Graphik: DUH Solarenergie Windenergie

16 EE brauchen flexible Ergänzung 16

17 Traditionelles versus Neues Netz 17

18 Versorgungssicherheit Übertragungsnetz Kraftwerk 18

19 Technische Grundlagen Übertragungstechniken: - Drehstrom = drei miteinander verkettete Wechselströme (AC) - Gleichstrom (DC) / HGÜ Verlege - Techniken - Freileitung - Erdkabel - Seekabel George Westinghouse Quelle: Library of Congress Prints and Photographs Division Thomas Alva Edison Quelle: wikimedia commons 19

20 Drehstrom AC HDÜ Vermaschte Netze Übertragung elektrischer Energie: Drehstrom/ Gleichstrom Einfach und günstig transformierbar Übertragungsverluste Auf langen Strecken unwirtschaftlich Gleichstrom DC HGÜ Fern-Übertragung ab mehreren Hundert Kilometern Verlustarm auf langen Strecken. derateru_pixelio 20

21 Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Einsatz aktuell beschränkt Umrichterstationen technisch aufwendig & teuer Auf Punkt-zu Punkt Verbindungen: Stromautobahnen ohne Ausfahrten Freileitung oder Erdkabel möglich HGÜ-Kabel werden erst seit 2002 und weltweit nur auf wenigen Strecken eingesetzt. Betriebserfahrungen und Erkenntnisse über Langzeiteffekte fehlen Zukünftig Einsatz im europäischen Overlay Netz 21

22 Erdkabel Freileitung Bis 60 kv: Stand der Technik, Leitungen werden in Deutschland meist als Erdkabel verlegt, Kosten sind vergleichbar 110 kv: Stand der Technik. Leitungen werden meist als Freileitung errichtet, nur in Städten als Erdkabel. Erdkabel sind ungefähr doppelt so teuer wie Freileitungen. 380 kv: Einsatz auf Teilstrecken ist technisch machbar, aber.. Moreinput_pixelio 22

23 Freileitungen oder Erdkabel? 220/380 kv Technik: Standard Freileitung, in Deutschland Wechselstrom (AC), Ausnahme: Seekabel (meist Gleichstrom - DC); international bislang nur Erfahrung mit AC-Übertragung bis zu 40 km (Japan, Kopenhagen), technische Probleme Foto DUH Schrader Errichtung einer neuen 380-kV-Leitung im Amprion-Netzgebiet Kosten: Übertragungs-Mehrkosten Erdkabel Faktor 2 bis 9 (DC) und 3 5 (AC) (ETG des VDE 2011 und BMU; 2012) 380-kV Kabel Berlin-Friedrichshain/Marzahn 23

24 110 kv Neue 110 kv Leitungen sollen unter die Erde gelegt werden, solange die Gesamtkosten für Errichtung und Betrieb des Erdkabels nur maximal 2,75-mal höher sind (EnWG) 380 kv Rechtsrahmen Erdkabel -> Aber: praktische Umsetzung ist schwierig auf vier Pilotstrecken im Rahmen des ENLAG ein einzelnes HGÜ-Pilotprojekt auf einer Stromautobahn 24

25 Netzintegration Windstrom nach Dena I Offshore Wind Anbindung geplant bis 2015 (DENA I) 850 km Drehstrom Enlag-Teilkabelpiloten Keine Kabelpiloten bis 2020 (DENA I) 1050 km Dreh- oder Gleichstrom Zusätzlich wichtig: Verteilnetz: dezentrale Einspeisung Seekabelverbindungen 25

26 Flankierende Maßnahmen zum Netzausbau Technische Optimierung Intelligente Netze (Smart Grid) Speicher 26

27 Intelligente Netze: Smart Grid Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien 27

28 Speicher Kurzzeitspeicher Für Stunden / Tage z.b. Pumpspeicher - Heute: ca. 0,04 TWh el Langzeitspeicher Für Wochen/ Monate Kavernenspeicher - Druckluft - Wasserstoff Oder z.b. emethan Speicherkap. in D > 200 TWh th im existierenden Erdgas Netz 28

29 60 Eine rein regenerative Energieversorgung hat einen sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 2007) Residuallast (GW) Pumpspeicher Norwegen (Theorie) Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Kapazität und Leistung Gasspeicher heute 42 Mio. E-KFZ (Theorie) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE, aus Vortrag M. Sterner Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) Fraunhofer IWES 2010

30 Wanderausstellung: Die Zukunft der Stromnetze Ausstellung mit Bildern, Grafiken und Texten rund um das Thema Stromnetz Um- und Ausbau in Deutschland, u.a.: Neue Netze für den Klimaschutz Planung neuer Stromtrassen Stromleitungen und Gesundheit Erdkabel & Freileitungen Netzausbau und Naturschutz Sie eignet sich z.b. für den Einsatz in Schulen, Hochschulen, Bibliotheken oder Gemeindehäusern. Informationen und Kontakt: Deutsche Umwelthilfe e.v. Liv Anne Becker Hackescher Markt Berlin Tel.: 030 / [email protected] 30

31 Wir sind auf dem Weg. Laminski Raphael Rohe ( pixelio.de Kontakt: Anne Palenberg: ; [email protected] 31

32 Gefördert durch: Backup

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34 FL / EK im deutschen Stromnetz Quelle: Daten 1998 von BDEW 1998 ( VDEW-Statistik 1998: Leistung und Arbeit ), Daten per aus BNetzA-Monitoringbericht