Netzanschlussbedingungen für PV-Anlagen in Deutschland Dr.-Ing. Bernd Engel Senior Vice President, SMA Solar Technology AG

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1 V Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo Q 3~ Q = Last 1 Last 2 Netzanschlussbedingungen für V-Anlagen in Deutschland Dr.-Ing. Bernd Engel Senior Vice resident, SMA Solar Technology AG V V LEGAL Konferenz des BSW, Berlin

2 1 Ausbau Erneuerbare Energien 2 Systemdienstleistungen 3 BDEW MS-RL 4 FNN NS-RL 5 TAB der Verteilnetzbetreiber 6 Zusammenfassung Übersicht Vortrag 1. Ausbau der Erneuerbaren Energien im deutschen Elektrizitätsversorgungsnetz 2. Systemdienstleistungen für das Netz 3. BDEW-Richtlinie für das Mittelspannungsnetz 4. FNN-Richtlinie für das Niederspannungsnetz 5. Technische Anschlussbedingungen der Verteilnetzbetreiber 6. Zusammenfassung 2

3 Energiepolitische Rahmenbedingungen > Historische Beschlüsse des Europäischen Rates vom 8./9. März 2007 unter deutschem Vorsitz, um den Anstieg der globalen Ø-Temperatur auf 2 C zu begrenzen: Bis 2020 Treibhausgase um mind. 20 % gegenüber 1990 reduzieren Energieeffizienz um 20 % steigern Anteil der Erneuerbaren Energien am Gesamt- rimärenergieverbrauch von 20 % > Kabinettsklausur Schloss Meseberg, 23./24. August 2007: Integriertes Energie- und Klimaschutzprogramm Ziel: -40% CO 2 bis 2020 im Vergleich zu 1990 Darunter: Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Novelle 2009 Das Ziel der Bundesregierung ist es, den Anteil der erneuerbaren Energien im Strombereich von derzeit über 13 % auf % im Jahre 2020 zu erhöhen 3

4 Erneuerbare Energien (EE) in Deutschland 2020: Leitszenario BMU Jahr 2010 (1.1): 18 % Anteil EE 9 GWp V Jahr 2020: 35 % Anteil EE 23 GWp V 2 Datenquelle: BMU/Nitsch. Leitstudie 2009 Beschluss des Bundeskabinetts vom : Nationaler Aktionsplan für 2020 mit 39 % Anteil EE 52 GWp V Quelle: Nitsch, Leitszenario 2009, 41 TWh = 7 % BSE > EE werden einen relevanten Anteil der konventionelle Kraftwerke ersetzen 4

5 Das leistet hotovoltaik in Deutschland ( 5

6 Integration der EE in die Struktur der Netze > Typische Einspeisung V: > ca. 85 % NS-Ebene (230 V/400 V) > ca. 15 % MS-Ebene (10-30 kv) > wenige Anlagen in HS-Ebene (110 kv) > Zitat Dr. Staschus (GL BDEW) in Erfurt: Da wird der Stromfluss auf den Kopf gestellt. > aradigmenwechsel notwendig in elektrischer Energieversorgung: > Von Top-Down-Struktur zu fluktuierenden bidirektionalen Leistungsflüssen > Verteilnetze müssen zu Einsammelnetze werden. > Erneuerbare Energien müssen Systemdienstleistungen erbringen 6

7 Erzeugungsmanagement / Einspeisemanagement > Rechtliche Basis: > 6 Abs. 1 EEG 2009 ab 100 kw > 13/14 EnWG: Gewährleistung der Netzsicherheit durch den ÜNB/VNB > Erzeugungsmanagement als Überbrückung bis zum Netzausbau > Bewährte Abstufung: Begrenzung auf 100%, 60%, 30%, 0% NENN 7

8 Frequenzabhängige Wirkleistungs-Reduktion > Reduzierung der Wirkleistungseinspeisung in Abhängigkeit von der Frequenz > im Störungsfall > bei einem Leistungsüberangebot > zur Vermeidung von Instabilität > Anwendungsbeispiel: UCTE-Störung im November 2006 Quelle: Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz. BDEW, Entwurf Dezember

9 Spannungshaltung: Leistungsflussumkehr ein technisches roblem? > Ziel: Einhaltung des Spannungskriteriums nach EN (U N ± 10 %) > Beispiel: Zur Kompensation des Spannungsfalls entlang der Leitung: stationäre Verstellung des Übersetzungsverhältnisses am Transformator der Netzstation Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo U L1 1,1 p.u. = 253 V Last 1 Last 2 1,0 p.u. = 230 V 0,9 p.u. = 207 V Länge Max. Last (Mit Spannungsverstellung) Max. Last (Ohne Spannungsverstellung ) 9

10 Spannungshaltung: Leistungsflussumkehr ein technisches roblem? > Beispiel: Installation V-Anlage: In den lastarmen Vormittagsstunden kommt es zur Leistungsflussumkehr. Verletzung Spannungskriterium nach EN V Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo U L1 1,1 p.u. = 253 V 1,0 p.u. = 230 V 0,9 p.u. = 207 V Last 1 Hohe Einspeisung durch V bei schwacher Last Länge Last 2 Max. Last (mit Spannungstellung) 3~ ~ V 10

11 Spannungshaltung durch Blindleistungseinspeisung Spannungsanhebung am Netzanschlußpunkt ΔU/U n in % Bei cos φ = 0,95 (ind.) über 20 % Reduktion der Spannungsanhebung Ψ k übererregt cos φ 0,95 untererregt Diagramm der Spannungsanhebung am Netzanschlusspunkt in Abhängigkeit des Verschiebungsfaktors cos φ. (S k = 2,5 MVA, Netzimpedanzwinkel Ψ k = , WR = 27 kw = konstant) 11

12 Spannungshaltung durch Blindleistungseinspeisung > Beispiel: Durch induktiven/untererregten Betrieb des V-Wechselrichters (Aufnahme von Blindleistung) Reduzierung der Spannungsanhebung V Netzstation MS-Netz 20 kv 0,4 kv Leitung HAS 1 HAS 2 Trafo Q U L1 1,1 p.u. = 253 V 1,0 p.u. = 230 V 0,9 p.u. = 207 V Last 1 Hohe Einspeisung durch V bei schwacher Last wie oben, aber mit Bezug von Blindleistung Länge Last 2 Max. Last (mit Spannungstellung) 3~ ~ V Q 12

13 Spannungshaltung durch Blindleistungseinspeisung > Neue Netzanschluss-Richtlinien: Erzeugungsanlagen müssen im Normalbetrieb Blindleistung bereitstellen > Netzbetreiber gibt Q Soll, cos Soll oder Kennlinien cos (),Q(U) vor > MS-Richtlinie: Bei Wirkleistungsabgabe Betrieb mit Verschiebungsfaktor im Bereich cos = 0,95 induktiv bis 0,95 kapazitiv Quelle: Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz. BDEW, Entwurf April 2008 > Entwurf NS-Richtlinie: Bei Wirkleistungsabgabe Betrieb mit Verschiebungsfaktor im Bereich cos = 0,90 induktiv bis 0,90 kapazitiv >> Durch Spannungshaltung im Wechselrichter kann die Aufnahmefähigkeit des NS-Netzes bis zu verdreifacht werden (Quelle: BMU-rojekt V-EMS) 13

14 Dynamische Netzstützung: Fault Ride Through (FRT) > Erzeugungsanlagen sollen sich im Fehlerfall grundsätzlich nicht vom Netz trennen! > Gefordertes Verhalten: > oberhalb Grenzlinie 1: Stabiler Betrieb > zwischen Grenzlinie 1 und 2: Instabilität zulässig > unterhalb Grenzlinie 2/30 % U Nenn : Sofortige Trennung zulässig > Im NS-Netz keine Einspeisung eines kapazitiven Blindstroms erwünscht: eingeschränkte dynamische Netzstützung durch zeitweises Speeren der Halbleiter U/U c 100% 70% 45% Grenzkurven Spannungsverlauf 30% 15% Grenzlinie 1 Grenzlinie Zeitpunkt eines Störungseintritts unterer Wert des Spannungsbandes Unterhalb der blauen Kennlinie bestehen keine Anforderungen hinsichtlich des Verbleibens am Netz. Zeit in ms Quelle: Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz. BDEW, Entwurf Dezember

15 BDEW-Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz (1) > Bearbeitet von Netzbetreibern im BDEW (Bundesverband d. Energie- und Wasserwirtschaft) > Bei Konsultationen mit Windindustrie war V- Industrie nur Juniorpartner > Gültig ab > Übergangsregelungen in zwei Ergänzungen > Zertifizierungspflicht für Einheiten (z.b. V- Wechselrichter) und Anlagen (> 1 MVA oder > 2 km vom Verknüpfungspunkt) > rüfung, Modellierung und Zertifizierung nach Technischen Richtlinien (TR 3, TR 4, TR 8) der Fördergemeinschaft Windenergie und andere EE > Netz-Systemdienstleistungen werden bei Windenergie mit Bonus von 0,7ct/kWh vergütet 15

16 BDEW-Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz (2) > Fordert erstmals Kraftwerkeigenschaften im Verteilnetz Einspeisemanagement und frequenzabhängige Wirkleistungsreduzierung Statische Spannungshaltung (Blindleistung) Dynamische Netzstützung > Kaum Zertifizierungskapazitäten für V-Industrie wg. SDL-Bonus für Windenergie, so dass auch 2. Verlängerung mit Termin (Inbetriebnahme) dramatischen Flaschenhals bilden (für ca. 15 % des deutschen Marktes) > Bitten nach Verlängerung werden nicht konstruktiv beantwortet: Was können die VNB dafür, dass die Industrie und die Zertifizierer die Sache verschlafen haben? 16

17 FNN-Richtlinie Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz (1) > Der BDEW sollte als Lobbyverband keine technische Regelsetzung mehr betreiben, deshalb Gründung des Forums Netztechnik Netzbetrieb (FNN) unter dem Dach des VDE > Erste Netzanschlussbedingung des FNN > Zum Teil heftiger Umstellungsprozess bei einigen Netzbetreibern bezüglich der Arbeitsweise bei der technischen Regelsetzung im VDE > Erst nach Eskalation bei VDE-Leitung und zwei Workshops unter Leitung externen Moderatoren konstruktive Findung von sinnvollen Kompromissen > Entwurf veröffentlicht Juli 2010 > Nach Beratung der Einsprüche Inkrafttreten voraussichtlich zum mit Übergangsfristen 17

18 FNN-Richtlinie Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz (2) > aradigmenwechsel jetzt auch im NS-Netz: Einspeisemanagement und frequenzabhängige Wirkleistungsreduzierung Spannungshaltung (Blindleistung) Ab 13,8 kva ab Ab 3,68 kva ab > Einphasige V-Anlagen nur noch bis 4,6 kva (vorher 5 kva, 10 min-mittelwert) > Netz- und Anlagenschutz ersetzt jederzeit zugängliche Freischaltstellen ab 30 kva > rüfrichtlinie und Einheitenzertifizierung noch nicht abschließend geklärt 18

19 Technische Anschlussbedingungen der Verteilnetzbetreiber > BDEW- und FNN-Richtlinie nur Mindestanforderungen > Es gibt in Deutschland ca. 900 Verteilnetzbetreiber (VNB), die noch eigene Technische Anschlussbedingungen (TAB) haben > Zum Teil kommt es dort zu abenteuerlichen Richtlinien-Interpretationen > Es gibt keine Clearing-Stelle, die für eine schnelle Klärung von strittigen technischen Fragen sorgt > Kaum ein Installateur oder Endkunde wird sich wg. einer 8 kwp-anlage mit dem VNB anlegen 19

20 Zusammenfassung > Die V-Industrie bekennt sich zu ihrer Verantwortung für den sicheren Betrieb der Netze > Die neuen Richtlinien für Mittel- und Niederspannung stellen einen aradigmenwechsel dar: von einer möglichst wenig störenden, primitiven Quelle zum dezentralen Erzeuger, der über Systemdienstleistungen konventionelle Kraftwerke teilweise ersetzen kann. > Die Übergangsfristen müssen ehrgeizig, aber erfüllbar sein. > Einen Flaschenhals bei der Einheiten- und Anlagenzertifizierung darf es nicht geben! > Mit den neuen Richtlinien wird es möglich sein, deutlich mehr hotovoltaik ins Netz zu integrieren ohne teuren Netzausbau! 20

21 > Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit > Ich freue mich auf Ihre Fragen Dr. Bernd Engel Senior Vice resident Technology SMA Solar Technology AG Sonnenallee 1, D Niestetal Tel.: 0561/