Netzintegration erneuerbarer Energien in strukturschwachen Räumen

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1 Netzintegration erneuerbarer Energien in strukturschwachen Räumen Präsentation zum Symposium VersorgungsNetze heute und morgen Am in Cottbus FKZ 03FH024PX2

2 Gliederung 1. Problemanalyse 2. Projektziele - Überblick der Arbeitspakete 3. Vorstellung - Team Wirtschaft 1. Methodisches Vorgehen 2. Ausblick 4. Vorstellung Team Technik 1. Methodisches Vorgehen 2. Ausblick Karsten Schatz 2

3 1. Problemanalyse

4 1. Problemanalyse Gesicherte EEG Vergütungen steigern Zuwachsraten von EE- Anlagen rasant Wind-, PV-, und Biomasse/-gas Quellen teilweise weit entfernt von großen Last-Senken Strukturschwache Regionen im Verteilnetzbereich im Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch Fluktuierende EE Erzeugung Geringe Lasten Strukturschwache Räume Maik Plenz 4

5 1. Problemanalyse aktuelle Einspeisesituation Anteil EE-Einspeisung an Arbeit im Netz in MS und NS-Ebene (summiert) Einspeiseschwerpunkt liegt in Regionen mit großem ländlichen Anteilen Maik Plenz 5

6 2. Projektziele - Überblick der Arbeitspakete

7 2. Projektziele Der politisch gewollte Ausbau von EE-Anlagen zur Stromerzeugung und die angestrebte Dezentralisierung machen Änderungen in den Netzstrukturen erforderlich: erhöhter Planungsaufwand Steigerung der Transaktionskosten In Regionen mit niedriger Abnahmeleistung und hohem Anteil EE-Anlagen im NS- und MS-Netz wirken die technischen und ökonomischen Aspekte besonders stark. Die dabei entstehenden Kosten werden regulatorisch mit derzeitigen Verordnungen nicht erfasst und berücksichtigt Karsten Schatz 7

8 2. Projektziele - Technische und ökonomische Arbeitsziele Technisch: Entwicklung von belastbaren und einheitlichen Netzstrukturen für Verteilnetzbetreiber in strukturschwachen Räumen Hochrechnung der Belastung von NS- und MS-Netzen durch Integration von EE- Anlagen für ausgewählte Entwicklungsszenarien Zusammenfassung aktueller technischer Lösungsmöglichkeiten unter Berücksichtigung der Umsetzung von Qualitäts- und Sicherheitskontrollen sowie erforderlicher Organisationsstrukturen im operativen Netzbetrieb Ökonomisch: Empirische Überprüfung der Art und des Umfanges der EEG-Transaktionskosten bei Verteilnetzbetreibern Abschätzung der zukünftigen Entwicklung der Transaktionskosten auf der Basis modellgestützter Szenarien abbilden Kritische Würdigung der Anreizregulierung mit Blick auf die Betreiber von NSund MS-Netzen und die Integration von EE-Anlagen Karsten Schatz 8

9 3. Vorstellung - Team Wirtschaft

10 3.1 Methodisches Vorgehen Bestandsaufnahme Experteninterviews Umfrage Auswertung Bestandsaufnahme Modellbildung Transaktionskosten Prognosemodell Erfassung Geschäftsprozesse Modellierung Geschäftsprozesse Festlegung von Vorzugsvarianten Bewertung der Szenarien Auswertung für Partner Szenarienbildung Transaktionskosten Auswertung/ Verallgemeinerung Technisch Volkswirtschaftlich Regulatorisch Karsten Schatz 10

11 3.2 Erste Ergebnisse Visuelle und statistische Erfassung der beteiligten Netzbetreiber Teilnehmerzahl: 50 von 750 Stichprobenumfang 6,7% Karsten Schatz 11

12 3.2 Erste Ergebnisse II Mitarbeiterkapazitäten EE-bedingter Weiterbildungsaufwand der Mitarbeiter im Jahr Karsten Schatz 12

13 3.3 Ausblick - Modellbildung Transaktionskosten I Theoretisch angenommener Verlauf der Transaktionskosten in Abhängigkeit von EE-Anlagen und EE-Einspeisung/Leistung (EE-Profil) Kosten/ Aufwand Grundaufwand Leistung EE Anlagen Karsten Schatz 13

14 3.3 Ausblick Modellbildung Transaktionskosten II Summe EE-Anlagen Versorgungsfläche Größe Gesamtpersonal Organ. Aufwand Techn. Aufwand Typanteil der Anlagen Arbeitskraft pro kw Spez. Aufwand durch EE-Anlagen Transaktionskostenmodell Grafische Ermittlung Grundaufwand - Nächste Schritte: - Analyse der Korrelation der Eingangswerte untereinander - Einfluss von Gewichtungen in Berechnungsmodell - Strukturierte Erfassung der Geschäftsprozesse bei Projektpartnern - Ermittlung der Aufwände pro inst. Leistung je Anlagentyp

15 3.3 Ausblick - Modellbildung Transaktionskosten III Generierung des Inputs mittels vorhandener Quellen E-Net-Datenbank (15 MB) Eigene EE-Datenbank (844 MB) Antworten der Umfrage (1 MB) Kombination und statistische Auswertung in SPSS Korrelationsanalyse Regressionsanalyse Modellierung Szenarienbildung Auswertung der Szenarien Karsten Schatz 15

16 4. Vorstellung Team Technik

17 4.1 Methodisches Vorgehen Wie kann man zukünftigen Problemen in Verteilnetzen (NS/MS) entgegenwirken? Wie kann man Verteilnetze (NS/MS) strukturiert abbilden und bewerten? Welche Zukunftsszenarien müssen gewählt werden? Handlungsempfehlungen Maik Plenz 17

18 4.1 Methodisches Vorgehen Referenznetze I Referenznetz: [ ] basierend auf den vorhandenen Netzdaten so genannte Referenznetze entwickelt, welche gezielt bestimmte Eigenschaften der einzelnen Netzklassen abbilden. [ ] Vorteil: Statistische Überschneidung aller digitalisierten Netze auswertbar Datenmenge aller untersuchten Einzelnetze kann verarbeitet werden einfache Interpretierbarkeit und Überprüfbarkeit Ableitung grundlegender Zusammenhange und Effekte bei geringen Datenmengen möglich Nachteil: Informationsverlust (z.b.: bei der Auftrittswahrscheinlichkeit eines Berechnungsergebnisses) Maik Plenz 18

19 4.1 Methodisches Vorgehen Referenznetze II Bildung von Referenznetzen Parameter der Referenznetze Kritische Netzparameter Datenerhebung Interne / externe Validierung Auswertung Festlegung der Grenzwerte Entwicklung der Referenznetze Abgleich der bestehenden Netze Entwicklung kritischer Netzparameter Bei Erfüllung der Repräsentativität Entnahme min,max & typischer Netze Szenarienbildung Simulation (PowerFactory & Matlab/Simulink) Szenarienauswertung und Entwicklung von Handlungsempfehlungen Maik Plenz 19

20 4.1 Methodisches Vorgehen Referenznetze III Netz Trafo Anschlüsse Parameter der Referenznetze (Statisch & Variabel) Lastangriffsfaktor Länge der Hauptstrahlen Anzahl der Leitungsabgänge von der Netzstation Gebäude / NS Abzweig Netzstruktur / form Abstand der benachbarten Abzweige von der Hausanschlussleistung Länge Nebenstrahlen Eigenverbrauch = Eingespeiste EE Leistung / Spitzenlast Max. Netzausdehnung Durchschnittliche Leistung der EE Einspeiser Durchschnittliche Anzahl der EE Einspeiser Durchschnittliche Niederspannungs Netzimpedanzen Leitermaterial Bemessungsleistung Anzahl der Transformatorstationen Summe Transformatorleistung Anstehende Kurzschlussleistung aus dem MS Netz (oder Länge, Querschnitt und Typ der einspeisenden MS Leitung) relative Kurzschlussspannung Transformatorleistung je Verbraucher (Lastdichte) Anzahl der Hausanschlüsse je Trafo Versorgte Fläche * 5 Bezogener Verbrauchersummenwiederstand Anzahl Verbraucher Siedlungsdichte / Hausabstand Anzahl Wohneinheiten je Hausanschluss Hausanschlusslänge Verbraucherart Wohnungsdichte Siedlungsdichte Anschlussart Datenerhebung (Bezugswege) GIS MITNETZ SW Spremberg. Auswertung Statistische Überprüfung Approximation von Weibullverteilungen Bestimmung & Minimierung von Konfidenzintervallen Anwendung von KNN Maik Plenz 20

21 4.1 Methodisches Vorgehen Referenznetze IV Parameter der Referenznetze (Statisch & Variabel) Bildung von Referenznetzen: 1. Zusammenstellung eigener Parameter und Abgleich mit bestehender Literatur 2. Eigene und teilweise abgestimmte Gewichtung dieser Parameter 3. Wiederholte interne und externe Prüfung aller Parameter auf Relevanz und Schnittmengen Datenerhebung (Bezugswege) Auswertung Maik Plenz 21

22 4.1 Methodisches Vorgehen Referenznetze V Parameter der Referenznetze (Statisch & Variabel) Datenerhebung (Bezugswege) Auswertung Auswertung: 1. Identifizierung und Test entsprechender Auswertungsmethoden Weibull-Verteilung KNN Multivariate Analysemethoden 2. Probabilistische Netzberechnung Power Factory Maik Plenz 22

23 4.1 Methodisches Vorgehen - Szenarien Szenarien Last- und Erzeugungsentwicklung bis 2030 spezifizieren Entwicklung von Lastszenarien für strukturschwache Räume Einwohnerzahlen Anzahl Wärmepumpen Elektrofahrzeuge Entwicklung von Erzeugungsszenarien für strukturschwache Räume Entwicklung PV-Anlagen Entwicklung WEA Anlagen Repowering Biomasse Maik Plenz 23

24 Geringer Querschnitt Weil: Weniger Leistung die transportiert werden muss Bei gleicher Ladung in allen Netzen: Höhere Stromdichte Dorf oder EFH Siedlung (ohne Gewerbe) Neues strukturschwaches Referenznetz Maik Plenz 24

25 4.2 Berechnung mittlere Abgangslänge L = 2397,7m n = 5 l = 479,5m S = 290,5m s = 60,6% Geringere Bevölkerungsdichte, da Höhere Anzahl an Einfamilienhäuser und weniger dichte Bebauung (lt. Satellitenfotos von Google Maps) L = 371,8m n = 6 l = 62,0m S = 41,5m s = 67,0% Höhere Bevölkerungsdichte, da Höhere Anzahl an Mehrfamilienhäuser und dichtere Bebauung (lt. Satellitenfotos von Google Maps) L n l S s Gesamtlänge der Abgänge Anzahl der Abgänge arithm. Mittel d. Länge je Abgang Standardabweichung S/l in Prozent

26 4.3 Ausblick Entwicklung von Referenznetzen Abgleich GIS Daten mit Referenzparameter Entwicklung der Referenznetze Validierung der Referenznetze Abgleich mit bestehenden Netzen Zielstellung: Grundlagenforschung im Bereich strukturschwacher Netze 1. Mittels Szenarienimplementierung sollen kritische Netze frühzeitig identifiziert werden können 2. Empfehlungen zum Einsatz von Netzstabilisierungsmöglichkeiten unter Annahme der Referenznetze Maik Plenz 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Forschungsprojekt INEV Brandenburgische Technische Universität Cottbus Senftenberg Projektleiter Prof. Dr. Kathrin Lehmann Prof. Dr. Stefan Zundel Lausitz.de Lausitz.de Wissenschaftliche Mitarbeiter Maik Plenz, M.Eng. Karsten Schatz, M.Eng. Lausitz.de Lausitz.de Studentische Hilfskräfte Arne Hildebrandt, B.Eng. Lausitz.de