Technische Herausforderungen und unsere Lösungen für die Energiewende

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1 Technische Herausforderungen und unsere Lösungen für die Energiewende Dr. Johannes Stürmer, RWE Deutschland AG, Netzstrategie RWE Hochschuldialog am in Essen RWE Deutschland SEITE 1

2 Die Energiewende bringt weiter neue Anforderungen an die Verteilnetze hervor Digitalisierung E-Mobilität Dezentrale Erzeugung Marktdesign und neue Rollen Verteilnetze werden immer komplexer Energieeffizienz und verändertes Kundenverhalten Speicher und Flexibilität Redesign Kraftwerkspark RWE Deutschland SEITE 2

3 SBU Netz Technik Gesamtüberblick Wachstum der dezentralen Erzeugung bleibt Herausforderung für die Verteilnetze vor Ort > 97% aller EEG-Anlagen im Verteilnetz angeschlossen > Weiter signifikanter Netzausbaubedarf auf Verteilnetzebene (NS/MS/HS) > Einspeisungen führen vermehrt zu Grenzwertverletzungen bei Spannung und Strom > Erheblicher Anstieg der Korrektureingriffe auf Ebene der Verteilnetze > Daten- und Informationsbedarf zur Netzzustandserfassung zunehmend > Erst nachgelagert Überschusseinspeisung von EEG-Strom in die Höchstspannungsebene (primär vor allem im Norden und Osten Installierte Leistung [GW] Biomasse PV Wind Szenario Bund (NEP) NEP: Netzentwicklungsplan der BNetzA 1 2 Szenario Länder (BLS) BLS: Bundesländerszenario 1 BDEW, 2011, Abschätzung des Ausbaubedarfs in deutschen Verteilungsnetzen aufgrund von Photovoltaik- und Windeinspeisungen bis dena, 2012, dena-verteilnetzstudie, Ausbau- und Innovationsbedarf der Stromverteilnetze in Deutschland bis Maximale Verbrauchsleistung Minimale Verbrauchsleistung RWE Deutschland SEITE 3

4 Mit der Energiewende verknüpfen immer mehr die Verteilnetze die Standorte von Last und Erzeugung > Die bestehenden Netze orientieren sich an den historischen Last- und Erzeugungsschwerpunkten Kumulierte Anschlussleistung in Deutschland GW > Leistungsstarke regenerative Erzeugungsanlagen benötigen Fläche Sie werden typischer in ländlichen Regionen errichtet > Erzeugung- und Lastschwerpunkte waren früher abhängig von Standortfaktoren und i. d. R. nicht deckungsgleich; sie sind es auch in der Energiewende nicht > Verteilnetze sind der Schlüssel zur Energiewende; sie verknüpfen Stadt und Region. HöS HöS/HS HS HS/MS MS MS/NS NS Biomasse Erdwärme Gas Solarstrom Wasserkraft Windkraft RWE Deutschland SEITE 4

5 Hohe Einspeisung erfordern konventionellen Netzausbau und aktives Management des Systems Verteilnetz EEG-bedingte Umspannwerk-Trafo-Auslastung Sicherstellen eines stabilen Zustandsvektors für das Verteilnetz Sicherstellen von Beobachtbarkeit, Erreichbarkeit und Steuerbarkeit (siehe Regelungstechnik Kálmán) Aktives Management des Zustandsvektors Synthese eines minimalen Systems an der Schnittstelle zum Übertragungsnetz, um Komplexität beherrschbar zu halten Auslastung Trafo 0 80 % Auslastung Trafo % Auslastung Trafo 100 % Transportkapazität im Umspannwerk vollständig ausgelastet Quelle: MITNETZ RWE Deutschland SEITE 5

6 Bereits heute erfolgen massive Eingriffe in das System Verteilnetz für einen sicheren Betrieb - Tendenz steigend Rückspeisung in das Übertragungsnetz nimmt zu Notwendigkeit zu Netzsicherheitsmanagement-Eingriffen stark steigend ca MW werden von MITNETZ zur Übergabe an das Transportnetz eingesammelt + 71 % Beispiel: stabil indifferent labil Rückspeisung in Höhe der eigenen Last: für MITNETZ Herausforderung für das Transportnetz eine Leitung RWE Deutschland SEITE 6

7 Blick in die Zukunft: RWE-Analyse lässt Auswirkungen von Speichersystemen und Schwarmspeichern erkennen Speichersystemen Marktdienlicher Einsatz treibt Hausanschlussleistung hoch Konsequenzen für das Verteilnetz Lastverlauf eines Hausanschlusses mit PV, Batteriespeicher und E-Auto bei marktdienlichem Einsatz des Speichers > Marktdienlicher Einsatz von Speichern und unbeeinflusstes Laden von E-Mobilen Laden eines E-Autos in den Morgenstunden erfordert massiven Verteilnetzausbau in Mittel- und Niederspannungsebene (Risiko Stranded Investments ) > Aktive Regelung und Automatisierung des Verteilnetzes zur Sicherstellung eines stabilen Zustandsvektor erforderlich Hausspeicher marktdienlich Haushaltsprofil gesamt Ausspeisung während der Mittagsspitze aus Marktgründen möglich und zu erwarten Haushaltsprofil (Last + PV) Ladeleistung E-Auto > Komplexität im Verteilnetz erreicht neues Niveau; Herausforderung für die Stabilität des Verteilnetzes RWE Deutschland SEITE 7

8 Netz Die Verteilnetzbetreiber stellen notwendige Infrastrukturen und Daten zur Realisierung der Energiewende bereit Verteilnetzbetreiber betreibt technische Plattform Bewältigung der Energiewende nur mit smarten Verteilnetzen möglich > Gestaltung zukünftiger Netzkonzepte > Aufbau der Infrastruktur für Netze und Datendrehscheibe (Big Data) > Synthese minimaler Systeme analog zur Automatisierungstechnik (Feldebene vs. Leitebene) > Ertüchtigung der Verteilnetze mit innovativen Betriebsmitteln, die eine Verbindung zur Datendrehscheibe haben > Nutzung des Ampelmodells, um neue Marktmodelle weitestgehend zu ermöglichen Datendrehscheibe Handels- und Vertriebsplattform Verteilnetz Vertrieb bietet Produkte für Endkunden an Angebote werden auf die neuen Kundenbedürfnisse ausgerichtet > Virtuelles Kraftwerk, Betrieb und Steuerung dez. Anlagen (Power to Gas, BHKWs, Heizung, Windenergieanlage, e-mobility) > Implementieren dez. Erzeugungsanlagen und Versorgungskonzepte (EDL, Nahwärmenetze, ) > Energieeffizienz und Energieoptimierungsprodukte > Smart Home > Deutschlandweite Infrastruktur für E-Mobile RWE Deutschland SEITE 8

9 Klassische Systemdienstleistungen werden erweitert definiert - Verteilnetzbetreiber erbringen zunehmend größeren Anteil Neue Systemdienstleistungen für die Energiewende Systemwiederaufbau Bereitstellung definierter Lasten und Erzeugung an Verknüpfungspunkten zum ÜNB Regelleistung/ Frequenzstützung Aktive Leistungsregelung von Einspeisern und Lasten zur Aggregation von Regelleistung Redispatch Redispatch von Einspeiseleistungen durch region. Erzeugungs- und Speichermanagement Blindleistungsbereitstellung Q-Management dez. Erzeugung zur Spannungshaltung und für ÜNB / benachbarte VNB Datenmanagement/ Energieinformationsnetz Diskriminierungsfreie und zeitgerechte Bereitstellung von Netz- und Leistungsdaten an berechtigte Dritte Kurzschlussleistung Koordination der Eigenschaften dezentraler Erzeuger zur Gewährleistung der Spannungsqualität Komplexitätsmanager Komplexitätsreduktion für Systemführer Systemoptimierung mit dem Erzeugerschwarm Optimierter Leistungsbezug aus dem vorgelagerten Netz RWE Deutschland SEITE 9

10 Energiewende braucht den DSO 2.0 Transformationsschritte Rolle Vergangenheit: DSO 1.0 Heute: DSO 1.8 Zukunft: DSO 2.0 Netznutzung SLP-basiert Prognose komplexer Aufgaben Automatisierte Interaktion (z. B. Ampelkonzepte) Energie Lastmanagement Stabile Steuerung von Flächenkraftwerken Netzdienliche Flexibilitäten managen Netzführung Statische Lastflussrechnung Überwachung und Steuerung auf Basis zusätzlicher Messungen Automatisierte aktive Beeinflussung Asset Einsatz Standardbetriebsmittel z. B. Weitbereichsregelung, regelbare Ortsnetztransformatoren zur Vorbereitung für Masseneinsatz Einsatz und Steuerung moderner Betriebsmittel Kommunikation Austausch aggregierter Werte (Abrechnung) Zeitnahe, transparente und diskriminierungsfreie Datenbereitstellung Bereitstellung Datendrehscheibe Systemsicherheit... Einhalten der Anschlussbedingungen am Verknüpfungspunkt (U, P,Q)... Einhalten der Anschlussbedingungen am Verknüpfungspunkt (U, P,Q); Reaktion auf Anforderung... Äquivalentes minimales System am Verknüpfungspunkt zum Übertragungsnetz... RWE Deutschland SEITE 10

11 RWE entwickelt zukunftsweisende Konzepte und innovative Betriebsmittel 2 4 Proaktives Verteilnetz Definition von Marktrollen nach Ampelphasen 9 ElChe Erprobung des Speichereinsatzes im Verteilnetz 6 Power to Gas Einspeisung von H2 in das Erdgasnetz, Flexibilität bereitstellen GEA Lüdenscheid Stromerzeugung durch Druck aus dem Gasnetz 5 Ampacity 3 Grid4EU Praxistest zur künftigen Intelligentes Energieversorgung von Netzmanagement in Innenstädten Mittelspannungsnetzen 7 E-DeMa Feldtest zum intelligenten Stromverbrauch in Privathaushalten 10 Metropol-E Erprobung von Lade- und Flottenmanagementsysteme 8 Smart Country Validierung innovativer Netzkonzepte und Betriebsmittel 1 Smart Operator Autonome Steuerung der Niederspannungsnetze RWE Deutschland SEITE 11

12 Fazit Die Energiewende in Deutschland stellt weiterhin neue Anforderungen an die Verteilnetze, die eine Weiterentwicklung des heutigen Verteilnetzbetreibers erfordert Aktiver Systembetrieb und Systemdienstleistungen durch Verteilnetzbetreiber nehmen zu Wir übernehmen Verantwortung Wir entwickeln innovative Konzepte und Betriebsmittel und ermöglichen die intelligente Verknüpfung von Erzeugern und Verbrauchern Wir stehen als Datendrehscheibe bereit und ermöglichen so das Intelligente Netz der Zukunft RWE Deutschland SEITE 12