VDE Heike Kerber 2014 Forum Network Technology / Network Operation in the VDE 3

Transkript

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2 Übersicht VDE UND FNN Fakten und Randbedingungen D und EU Technische Herausforderungen Technische Weiterentwicklung Regelsetzung Technische Anschlussbedingungen Europäische Netzcodes Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 2

3 VDE VDE ist einer der großen europäischen Vereine für Experten der Elektrotechnik und IT-Technik Ziel ist die Weiterentwicklung von Technologien und Anwendungen durch Wissenstransfer Internationale Normen und Standards Nationale Regelsetzung für das Stromnetz Produktprüfung und -zertifizierung Heike Kerber 2014 Forum Network Technology / Network Operation in the VDE 3

4 Kennzahlen und Fakten Gegründet 1893 auf Initiative von u.a. Werner v. Siemens Mitglieder, davon Unternehmen, Studenten Mitarbeiter 29 Regionalvereine, 60 Hochschulgruppen Hauptsitz in Frankfurt am Main, Repräsentanzen in Berlin und Brüssel Gründungsmitglied der IEC VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v. 4

5 Forum Netztechnik/ Netzbetrieb im VDE (FNN) Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 6

6 Kompetenzfelder und Mitglieder VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.v. 7

7 Technische Regelsetzung soll Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 8

8 Entwicklung FNN Mitglieder (Stand 05/2016) Mitglieder Stimmrechte Mitgliederentwicklung weiter stetig positiv Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 3

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10 European synchronous areas UCTE Capacity: 631 GW Peak load: 390 GW Consumption: 2530 TWh Population 450 m in 24 countries 50 Hertz largest synchronous electrical grid (by connected power) in the world Germany in the very center of Europe Heike Kerber 2014 Forum Network Technology / Network Operation in the VDE 10

11 Deutschland Bevölkerung Höchstlast Schwachlast 80 Mio 85 GW 30 GW Installierte Leistung 175 GW davon Erneuerbare 75 GW (Photovoltaik: 33 GW, Wind: 31 GW) Verbrauch 540*10 9 kwh Übertragungsnetzbetreiber 4 Verteilnetzbetreiber 920 Lieferanten 1100 Erzeuger (>1 MW) 300 PV an Niederspannung > 1.5 Mio Heike Kerber 2014 Forum Network Technology / Network Operation in the VDE 11

12 Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 12

13 Gesetzliche Vorgaben für Planung, Genehmigung, Errichtung und Betrieb von

14 Fakten Deutschland 896 Verteilnetzbetreiber Verteilnetzbetreiber 75 Verteilnetzbetreiber > Kunden 190 Verteilnetzbetreiber > Kunden 260 Mio Kunden 1,8 Mio km Leitungen (15 mal um den Äquator) 260 Mio Kunden 10 Mio km Leitungen (250 mal um den Äquator) 511 TWh / Jahr TWh / Jahr Quelle: eurelectric Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 14

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16 Die Energiewende hat drei wesentliche Herausforderungen für die Verteilnetze FNN-Fördererkreis

17 Weiterentwicklung der Netze Sicherung Versorgungsqualität

18 Herausforderungen haben unterschiedliche Auswirkungen: Städtische vs. ländliche Netze Ludger Meier 18

19 bei gleichbleibender Versorgungsqualität FNN-Störungs- und Verfügbarkeitsstatistik ,9 Minuten Durchschnittliche Dauer von Stromausfällen pro Kunde, ohne höhere Gewalt 13,1 Minuten Durchschnittliche Dauer von Stromausfällen pro Kunde, mit höherer Gewalt 2,4 Zahl von Stromausfällen, mit denen ein durchschnittlicher Stromkunde in 10 Jahren zu rechnen hat Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 19

20 Sicherer Netzbetrieb mit EE-Anlagen 20

21 Leistung Wind und PV in Deutschland [GW] 21

22 8. Mai 2016: Erneuerbare decken 95% der Last Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 22

23 Schnittstellen ÜNB - VNB Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 23

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25 Treiber für die Weiterentwicklung des Regelwerkes Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 25

26 Aktivitäten VDE-AR-N TAR NS TAR MS Zählerplätze Erzeugungsanlagen am NS-Netz Geoinformation Kabelleitungstiefbau FNN-Hinweis Steuerungsfunktion (imsys) Spitzenkappung TSM Holzmastsysteme Störungsstatistik Störfestigkeit ront Integration dezentraler EZA Speicher Netzrückwirkungen Qualifikation Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 5

27 FNN-Studien Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 10

28 FNN-Studie: Verhalten im Fehlerfall (1) Systemstabilität durch Abschaltung von Erzeugungsanlagen in der Niederspannung gefährdet Offen: zukünftiges Verhalten von Erzeugungsanlagen bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 11

29 FNN-Studie: Verhalten im Fehlerfall (2) Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 12

30 FNN-Studie: Inselnetzerkennung in der Niederspannung (1) Einflüsse von FRT Verhalten auf Inselnetze? Können Inselnetze auch in Zukunft sicher erkannt werden? Ist zeitgleich dynamische Netzstützung und Inselnetzerkennung möglich? Parameter? Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 13

31 FNN-Studie: Inselnetzerkennung in der Niederspannung (2) Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 14

32 FNN-Studie: Inselnetzerkennung in der Niederspannung (3) Empfehlung: Umsetzung der dynamischen Netzstützung Vereinbarkeit beider Funktionen durch zeitliche Entkopplung Netzfehler kann nicht als Inselnetzbildung fehlinterpretiert werden, wenn FRT Vorrang hat (im praktischen Versuch nachgewiesen) Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 15

33 FNN-Studie: Statische Spannungshaltung (1) Integration von PV Anlagen: ~80% in der Niederspannung Probleme: Spannungshaltung, thermische Auslastung Bewertung von Maßnahmen zur Spannungshaltung )-Regelung, Q(U), ront, konventioneller Netzausbau Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 16

34 Ergebnisse: Statische Spannungshaltung (2) Netzspezifische Maßnahmen Blindleistungskonzepte cos (P), Q(U) steigern die Integrierbarkeit von EE-Anlagen Q(U)-Regelung erhöht Integrationspotential um bis zu 60% Q-Konzepte kostengünstiger als ront und konventioneller Netzausbau Q(U)-Kennlinie ist stabil Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 17

35 FNN-Studie: Statische Spannungshaltung (3) Empfehlung von Q(U) als Standardeinstellung für die neue VDE-AR-N 4105 Bei richtiger Parametrierung ist Q(U) in der Niederspannung stabil! kompatibel bei einer Kombination mit dem ront Var Q 1 p.u. Totband p.u Var U 1,04 p.u Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 18

36 Aktive Projektgruppen und Expertennetzwerke des LK HS/HöS Projektgruppen TAR HS TAR HöS HGÜ- Anschlusssysteme Kaskade Systemverantwortung Stromleitungskreuzungen Schnittstellen ÜNB/VNB Planungsgrundsätze f. 110-kV-Netze IT-Sicherheit Expertennetzwerke Netzschutz Anwendung IEC Arbeitsschutz im Netzbetrieb Elektromagnetische Umweltverträglichkeit SF 6 Krisenmanagement Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 4

37 ENTSO-E Network Codes Überblick aktueller Stand und nationale Umsetzung Framework Guidelines RfG DCC HVDC OS OP&S SO Guideline LFCR Emergency & Restoration Drafting Konsultation Komitologie In Kraft Konzeption Umsetzung FNN-Input: Erledigt In Arbeit Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 5

38 Schnittstellenmatrix NetworkCodes VDE-Anwendungsregeln (05/16) TAR HöS (4130) TAR HS (4120) TAR MS (4110) EZA am NS-Netz (4105) HGÜ-Anschlusssysteme (AR) Schnittstellen ÜNB/ VNB (4141) Maßnahmen Systemsicherheit und Kaskadierung (4140) Planungsgrundsätze 110kV (4121) (Grundsätze Systemführung) Grid Codes Operational Codes RfG DCC HVDC OS LFCR OPS NC SO Guideline E&R Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 6

39 TAR Hochspannung und TAR Höchstspannung Überarbeitung VDE-AR-N 4120 Erarbeitung VDE-AR-N 4130 Umsetzung der Connection Codes RfG und DCC weitergehende Festlegungen Schwerpunkt Anforderungen und Nachweis der elektrischer Eigenschaften von EZA Umsetzung der Connection Codes RfG und DCC, weitergehende Festlegungen Strukturell enge Verzahnung mit TAR Hochspannung Ablösung des TC 2007 RfG Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 9

40 Neu: VDE- - Zweck: Nationale Umsetzung des NC HVDC HGÜ-Systeme für Interkonnektoren und Verbindungen innerhalb von Regelzonen Anschluss für Offshore-EZA Festlegung spezifischer Netzanschlussbedingungen zu Anwendungsregel in Arbeit Entwurf bis Mitte 2017 geplant Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 10

41 Planungsgrundsätze für 110-kV-Netze Erarbeitung einer VDE-Anwendungsregel Einheitliche Planungsgrundsätze, aber spezifische Netzplanungen Langfristiger Planungshorizont (10 Jahre) Abstimmung Übertragungsnetz/Verteilungsnetz, nachgelagerte/benachbarte Verteilungsnetze Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 11

42 VDE-Anwendungsregel "Planungsgrundsätze 110-kV- Inhalte Netzumfang und Betrachtungszeitraum Lastfälle: Bezugs-, Einspeiseleistungsfall, Leistungsflussszenarien, Schaltzustände Auslegungskriterien: Thermische Belastbarkeit, Sollspannungsbänder, Spannungsqualität, Spannungshaltung, Kurzschlussfestigkeit Grundsätze und Randbedingungen Anhang (informativ): grundsätzliche Netzu. Auswahlschema Schaltanlagenstruktur Grundsätze und Randbedingungen Anwendung NOVA-Prinzip (n-1)-kriterium für die Planung von Hochspannungsnetzen Sternpunktbehandlung Schutzkonzepte Aktive Konzepte Spitzenkappung Anschlusskonzepte von Verbrauchern und Einspeisern Für den Ausfall eines Betriebsmittels ist das (n-1)-kriterium unter den betrachteten Planungsszenarien einzuhalten, Anwendung NOVA-Prinzip Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 13

43 Aktuelle Umweltthemen im FNN Überarbeitung TH "Minimierung von Feldern nach 26. BImSchV" VwV zur 26. BImSchV seit März 2016 in Kraft Aktualisierung FNN-Hinweis als Handlungsleitfaden für NB Berücksichtigung von Inhalten der VwV im notwendigen Umfang Fokus: Durchführung und Dokumentation von Minimierungsprüfungen Standardanlagenkatalog zur Vereinheitlichung der Prüfung Neu: Musterformulare zur Minimierungsprüfung fertiggestellt FNN-Mitgliederbereich) Fertigstellung bis Herbst 2016 geplant Positionspapier zum Einsatz von SF 6 und alternativen Gasen Prüfung Alternativen für SF 6 bis 2020 BMU/UBA-Studie zum Status Quo und Handlungsempfehlungen ausgeschrieben FNN unterstützt Gutachter Eckpunkte bei Alternativenprüfung: Lebensdauer Zuverlässigkeit/Verfügbarkeit Umwelteigenschaften Wirtschaftlichkeit Verfügbarkeit Technik für Instandhaltung FNN-Position vom LK HS/HöS bestätigt Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 8

44 Eislastuntersuchungen an Vogelschutzarmaturen FNN-Hinweis HS/HöS 2015 veröffentlicht Aber: Keine normativen Eislastannahmen für Vogelschutzarmaturen (VSA) vorhanden Untersuchungsbedarf von Projektgruppe festgestellt Eislast-Untersuchung (Messung) in 2012 beauftragt Ziel: Ermittlung einer spezifischen Eislast je Eislastzone (E1 bis E3) und VSA Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 14

45 Eislastuntersuchungen an Vogelschutzarmaturen Messanlage und Versuchsdesign Messanlage Fichtelberg (Mittelgebirge, ca m ü. NN) Messung in 3 Winterperioden Vergleichende Messung: Referenzseile (ohne VSA) und Seil mit VSA Abschluss: bis Mitte 2016 geplant Verbesserungen bei der Auslegung von Freileitungen mit Vogelschutzarmaturen und Input für Freileitungsnorm (Quelle: IbF) Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 15

46 (VDE-AR-N 4140) kaskadierte Maßnahmen Netzbetreiber bei System- Imbalance oder Gefährdung der Netzsicherheit Operative Umsetzung von 13 (2) EnWG AR beschreibt Zusammenspiel der Netzbetreiber innerhalb der Kaskade Organisatorisch (z.b. Verantwortlichkeiten) Operativ (z.b. Handlungsabfolgen) Informatorisch (z.b. Informationsaustausch) Kaskadenstufenzeiten (max.12 min je Netzbetreiber in Kaskade) Übergangsfrist von max. 2 Jahren - Entwurf Anwendungsregel Ende 2015 erschienen - derzeit Bearbeitung der Einsprüche - Abschluss bis Anfang 2017 geplant Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 18

47 Zusammenarbeit der Netzbetreiber im Normalbetrieb Schnittstellen ÜNB VNB (VDE-AR-N 4141) Festlegung von Grundsätzen zur Priorisierung von Maßnahmen zum Wirkleistungsmanagement Abstimmung bei der Planung von Blindleistungskomponenten und Regeln für Blindleistungsaustausch ÜNB-VNB Weitere Schwerpunkte Betriebs- und Abschaltplanung Präqualifikationsprozess von Anlagen im Verteilnetz Daten- und Informationsaustausch im Rahmen des Energieinformationsnetzes Entwurfsveröffentlichung: geplant Q1/2017 (E VDE-AR-N 4141) Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 19

48 Zusammenarbeit der Netzbetreiber im Normalbetrieb Beispiel: Regelenergieabruf aus Verteilnetzen Regelenergie zunehmend aus Verteilnetzen bereitgestellt ÜNB-Regelleistungsabruf kann Netzengpass bei gegenläufiger Anforderung des VNB auslösen Konflikte können sowohl bei gegenläufigen, als auch bei gleichlaufenden Steuersignalen durch ÜNB und VNB auftreten. Priorisierung für die Systemsicherheit notwendig ÜNB VNB Regelleistungsabruf Einspeisemanagement Netzengpass!! Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 20

49 Zusammenarbeit Netzbetreiber Deutsche Bahn Neue Stromleitungskreuzungsrichtlinie 2016 Gültig für alle Kreuzungen Starkstromleitungen und DB- - projekte im Bereich von Bahnanlagen Klare Beschreibung der Prozesse Regelung von Fristen Aktualisierung des technischen Teils durch FNN Gleichlautendes Regelwerk für Stromnetzbetreiber und innerhalb der DB Neufassung Dokumente für Kreuzungsvertrag und Anträge für Herstellung/Änderung Erleichtert Realisierung von Stromleitungskreuzungen Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 21

50 FNN-Studien Grundlagen für zukünftige Anforderungen an Erzeugungsanlagen Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 23

51 Studie Kurzschlüsse im Übertragungsnetz Rückwirkungen auf Verteilnetz kritische Abschaltleistung EZA in NS bei U < 0,8 p.u. (VDE-AR-N 4105) über 3GW! mindestens eingeschränkte dynamische Netzstützung durch EZA in NS notwendig! Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 25

52 Studie Kurzschlüsse im Übertragungsnetz Gesamtsystemmodellierung ohne Blindstromeinspeisung durch Erzeugungsanlagen in HS und MS mit Blindstromeinspeisung durch Erzeugungsanlagen in HS und MS Simulation belegt Wirksamkeit der Blindstromeinspeisung in MS-, MS/HS- und HS-Netz Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 26

53 Studie Zusammenfassung Ergebnisse Empfehlungen Untersuchung der Rückwirkungen von PV und WEA auf Übertragungsnetz erstmals mit Gesamtsystemmodellierung reduziertes KS-Leistungsniveau bei Abnahme aktiver Generatorscheinleistung Wirksamer Beitrag zum KS-Strom durch Blindstromeinspeisung EZA in HS/MS NS bestätigt: kritische Abschaltleistung EZA im NS-Netz bei U < 0,8 p.u. positiver Effekte der quasistationären Spannungsstützung durch EZA (HS/MS) Einsatz Q(U)-Regelung von EZA im HS/NS-Netz (mit abgestimmter Referenzspannung im HS-Netz) aktive dynamische U-Stützung durch Blindstromeinspeisung EZA (HS/MS) im Fehlerfall EZA (NS) verbleiben am Netz u. durchfahren Fehler ohne Stromeinspeisung Betrachtung zur Geschwindigkeit der Regelung von WR-Systemen zur Ableitung weiterer HVRT-Anforderungen Erweiterte Anforderungen an EZA (MS/NS) in TAR verankern Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE 28

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