Aktuelle Forschungsarbeiten an der BTU Cottbus im Bereich Netze und Systemintegration Erneuerbarer Energien. Klaus Pfeiffer BTU Cottbus

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1 Aktuelle Forschungsarbeiten an der BTU Cottbus im Bereich Netze und Systemintegration Erneuerbarer Energien Klaus Pfeiffer BTU Cottbus 1

2 Übersicht Elektroenergieversorgungsnetze - Netzstudie Brandenburg Teil 1 ( ) - Netzstudie Brandenburg Teil 2 ( ) - Studie zu separaten Netzen - Studie zur Auswirkung der zunehmenden Verkabelung der Hochspannungsnetze auf die Sternpunkterdung - Innerstädtische Photovoltaikanlagen und deren Auswirkungen auf die Niederspannungsnetze in Verbindung mit Elektromobilität / Speichersystemen Netzbetrieb - Universitäres Netztrainingszentrum Kraftwerke - Ermittlung der Anforderungen an Neubau-Kraftwerke bei Anschluss an Netze mit hoher fluktuierender Windeinspeisung - Optimierung von Kraftwerkseigenbedarfs-Anlagen Quelle: Nexans Superconductors 2

3 Netzstudie Brandenburg II EEG-Prognose Netzausbau HS/HöS Quelle: Nexans Superconductors

4 Netzstudie Brandenburg II Prognoseergebnisse Aufteilung nach EE-Arten Summe EE-Prognose: MW 4

5 Netzstudie Brandenburg II Prognoseergebnisse Gesamtaufteilung auf RPG Uckermark-Barnim MW 13% Oderland-Spree MW 13% Prignitz-Oberhavel MW 26% Havelland-Fläming MW 23% Lausitz-Spreewald MW 25% 5

6 Netzstudie Brandenburg II Prognoseergebnisse Räumliche Verteilung 6

7 Netzstudie Brandenburg II Ergebnisse Netzausbau Mengengerüst Freileitungen envia Verteilnetz 9% (205 km) 50Hertz Transmission 29% (625 km) envia Verteilnetz 16% (85 km) E.ON edis 62% (1.357 km) E.ON edis 84% (445 km) 7

8 Studie zu separaten Netzen Motivation Modellregionen

9 Studie zu separaten Netzen Motivation Möglichkeiten für die EEG-bedingte Netzausbauplanung der Verteilnetze bisher: 1. Optimierung/Ertüchtigung des bestehenden Netzes 2. Neubau/Erweiterung des bestehenden Netzes 3. Bau neuer Netzverknüpfungspunkte zum ÜNB mit Anbindung an das bestehende Verteilnetz Alternative Variante zur bisherigen Netzausbauplanung der Verteilnetze: 4. Bau neuer Netzverknüpfungspunkte zum ÜNB und Errichtung daran angeschlossener separater Netze Unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien, wie z.b. - Realisierungszeit - Genehmigungsfähigkeit - Umsetzbarkeit in Hinblick auf die Betriebsführung muss grundsätzlich die gesamt-wirtschaftlichste Variante realisiert werden Idee der separaten Netze als ein möglicher Lösungsansatz zum Anschluss von EEG - Leistung kann in Netzgebieten mit derzeitig schwacher Netzinfrastruktur zukünftig eine größere Rolle spielen 10

10 Studie zu separaten Netzen Vorschlag zur Untersuchung von zwei Modellregionen Modellregion 1 Nördliche Prignitz Region Freyenstein/Putlitz Region mit derzeit schon sehr hoher installierter EEG-Leistung Innerhalb von Brandenburg ist in diesem Gebiet die höchste EEG- Leistung zu erwarten (EEG-Prognose aus Netzstudie Brandenburg II) Ländlich geprägte Region mit historisch bedingt schwach ausgebautem Verteilnetz Dringender Netzausbaubedarf 11

11 Studie zu separaten Netzen Vorschlag zur Untersuchung von zwei Modellregionen Modellregion 2 Region Märkische Heide Generell treffen die vorgenannten Auswahlkriterien auch auf diese Region zu Die Auswahl von zwei Modellregionen trägt insbesondere den vorhandenen unterschiedlichen Netzstrukturen und kapazitäten in beiden Regionen (als Ausgangsbasis) Rechnung 12

12 Studie zu separaten Netzen Inhaltliche Schwerpunkte Gegenüberstellung des Konzeptes der separaten Netze (Variante 4) zu den konventionellen Varianten des Netzausbaus (Variante 1 3) am Beispiel der beiden Modellregionen Prognose des erwarteten Zubaus an EEG-Anlagen Ermittlung der Netzausbaukosten Durchschnittliche Realisierungszeiten Technische Mindestanforderungen an separate Netze Untersuchung der rechtlichen Rahmenbedingungen einschließlich des Betriebs der separaten Netze Identifizierung der notwendigen zu klärenden rechtlichen Fragestellungen Eventueller Änderungsbedarf der gesetzlichen Rahmenbedingungen Verdeutlichung der Komplexität der Fragestellungen nach dem optimalen Netzausbaukonzept 13

13 Studie zu Auswirkungen der Verkabelung auf die Sternpunkterdung der HS-Netze

14 Studie zu Auswirkungen Verkabelung auf SPE HS-Netze 110-kV-VPE-Kabel haben gegenüber Freileitungen zwei entscheidende Nachteile: - mehr als 20-fache höhere Betriebskapazität gegenüber einer Freileitung (ca. 190 nf/km gegenüber 8 9 nf/km bei FL) - alternde VPE-Isolierung, Alterung ist abhängig von elektrischer und thermischer Belastung (vgl. Freileitung: nicht alternde, nach Durchschlägen selbstheilende Luftisolierung) Quelle: ABB 15

15 Studie zu Auswirkungen Verkabelung auf SPE HS-Netze Iterative Vorgehensweise Einpoliger Erdkurzschlussstrom 01 Auslegung SPE Berührungsund Schrittspannungen Schutzanregung 16

16 Studie zu Auswirkungen Verkabelung auf SPE HS-Netze Grundsatzuntersuchungen sind erforderlich Untersuchungen zum Betrieb von Mischnetzen und Konsequenzen aus der Sternpunktumstellung - Auswirkungen für die Betriebsweise der Netze bei Umstellung auf niederohmige Sternpunkterdung (NOSPE) - Untersuchungen zur Anwendbarkeit der Automatischen Wiedereinschaltung (AWE) bei einpoligen Fehlern - Betrachtung der Auswirkungen für die vorhandenen Schutzsysteme - Blindstromkompensation (unter Berücksichtigung des Blindleistungsaustauschs mit dem ÜNB) Netzausbaukonzepte auf Basis von Freileitungen sind nicht übertragbar bei Anwendung von Kabeln 17

17 SERF Solar Energy Research Field

18 Solar Energy Research Field Schematisches Übersichtsbild PV-Anlage Campusnetz 20 kv P = 116,6 kw p Modulfläche rd. 800 m² 15 Cetos E-Car (Angaben je Auto) W = 25 kwh Reichweite ca. 120 km BHKW P ca. 30 kw elt P ca. 30 kw th Batterie-Anlage W = 500 kwh Pb-Säure- Batterien SMA Automatic Switch Box XL Sunny Backup 5000 Batteriebank 19

19 Universitäres Netztrainingszentrum

20 Universitäres Netztrainingszentrum Zielstellungen / Eckdaten Zielstellungen - Aufbau eines Lehrangebotes Power System Operation (englisch/deutsch) - Heranführung und Ausbildung von Ingenieurnachwuchs für den Netzbetrieb Eckdaten - 2 Seminarleiterplätze - 10 Trainingsplätze (Studentenplätze) - Modulares Netzberechnungssystem zur Prozesssimulation - Visualisierung über Leitsystem (in Anlehnung an das bewährte Konzept von GridLab) - Aufbau mehrerer unterschiedlicher Modellnetze erster Schritt: Netzmodell für ein Übertragungsnetz 21

21 Universitäres Netztrainingszentrum Zeitlicher Ablauf der Errichtung 22

22 Universitäres Netztrainingszentrum Unterbringung im Neubau Energietechnikzentrum 23

23 Optimierung Kraftwerkseigenbedarfs-Anlagen Feldtestprojekte mit HTSL- Kurzschlussstrombegrenzern im Eigenbedarf des KW Boxberg, Block Q

24 Quelle: Nexans Superconductors Feldtest mit HTSL-Prototyp System Kraftwerksbetreiber Finanzierung des Projektes Betrieb des HTSL-Strombegrenzers Erarbeitung von - Lastenheft - Schutzkonzeption - Prüfprogramm - Versuchsprogramm während Feldtest Entwicklung und Bau des HTSL-Strombegrenzers 25

25 Feldtest mit HTSL-Prototyp System MW HTSL- FCL 26

26 Feldtest mit HTSL-Prototyp System Brecherturm Y4UEF der Bekohlung Block Q/R Quelle: Nexans Superconductors 27

27 Feldtest mit HTSL-Prototyp System Quelle: Nexans SuperConductors Komponente Modul Aufbau zu einer Phase Unterbringung im Kryostaten 28

28 Feldtest mit HTSL-Prototyp System Quelle: Nexans Superconductors 29

29 Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit. Brandenburgische Technische Universität Cottbus Energieverteilung und Hochspannungstechnik Dezentrale Energiesysteme und Speichertechnik Lehrgebäude 3 Prof. Dr.-Ing. Harald Schwarz Dr.-Ing. Klaus Pfeiffer