Netzbetrieb und Versorgungssicherheit in der neuen Energiewelt. Dr. Andreas Ulbig Adaptricity / Power Systems Laboratory (ETH Zurich)

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1 Netzbetrieb und Versorgungssicherheit in der neuen Energiewelt Dr. Andreas Ulbig Adaptricity / Power Systems Laboratory (ETH Zurich) swissgrid Netzforum 2017, Luzern, 18 Mai 2017 Andreas Ulbig 05/05/2017 1

2 PV-Boom ist auch in der Schweiz angekommen PV-Spitze übersteigt Gesamtverbrauch einzelner Netzbetreiber Verbrauch versus Produktion im Netzgebiet der Elektra Jegensdorf BE (Sonntag, 17. Juli 2016) Andreas Ulbig 05/05/2017 2

3 Speicher im Stromnetz Globaler Überblick (2016) 168 GW weltweit installierte Stromspeicherkapazität ca. 98% der Speicherkapazität sind Pumpspeicher Trends der letzten 10 Jahre Verzwölffachung der Batteriekapazitäten (120 MW ca MW) Stand in der Schweiz (2016): ca. 3 MW netzgebundene Batteriespeicher <10s Storage Global installierte Stromspeicherkapazität im Jahr 2016 (US DOE, Sept. 2016). Andreas Ulbig 05/05/2017 3

4 Trend Grossbatterie-Systeme Deutschland 80x Wachstum in 5 Jahren von 2 MW (2012) zu 160 MW (2017) Anwendungsfall: Frequenzregelung Jahr 2013 Jahr 2015 Jahr 2017 Batteriekapazität Quelle: P. Stenzel, Forschungszentrum Jülich (IEK-STE), 2016 Andreas Ulbig 05/05/2017 4

5 Trend Hausbatterie-Systeme Deutschland 4x Wachstum von (2014) hin zu (2016) PV-Batterien Anwendung: PV-Eigenverbrauch, zunehmend auch Frequenzregelung Jährliche Batterieinstallationen Batteriekapazität Quelle: Speichermonitoring 2016 (RWTH/ISEA) Andreas Ulbig 05/05/2017 5

6 Netz-Umbau: Das Verteilnetz wird smarter werden SmartGrid = Sensoren & Aktuatoren installieren + sinnvoll einsetzen Transition Kosten BFE Strategie Stromnetze passiver Netzbetrieb (Kabel) aktiver Netzbetrieb (IKT) Netzausbau: ca Mrd. Franken + IKT: ca. 1,3 Mrd. Franken smart smart smart Status Quo Trend smart smart smart smart smart smart Andreas Ulbig 05/05/2017 6

7 Kostenentwicklungen als Treiber KUPFERPREIS IN DEN LETZTEN 100 JAHREN (in Dollar-Cent/Pfund) Quelle: Stooq, COMEX Andreas Ulbig 05/05/2017 7

8 Stromnetz-Transparenz Status Quo hohe Transparenz keine Transparenz Hohe Transparenz im Übertragungsnetz (5%) Kein Einblick in unterste Spannungsebenen (Netzdynamik, Engpässe, ) Andreas Ulbig 05/05/2017 8

9 Netztransparenz ermöglicht kosteneffizientere(n) Netzplanung und Netzbetrieb PV Power Production Line Loading Voltage Levels GIS Viewer Black Box-Verteilnetz Transformer Loading Kein Einblick in unterste Spannungsebenen (Netzdynamik, Engpässe, ) Konservativer Netzausbau tendenziell zu viel & nicht an richtigen Stellen Andreas Ulbig 05/05/2017 9

10 Netztransparenz ermöglicht kosteneffizientere(n) Netzplanung und Netzbetrieb PV-Einspeisung Leitungsbelastung GIS- Viewer Spannungsband Transformator- Belastung Netztransparenz mit zeitreihenbasierter Simulation (Tagesverlauf, saisonal) Identifikation Engpässe & Vergleich Netzausbau-Optionen Andreas Ulbig 05/05/

11 F&E-Projekt: SmartMetering (BFE, ETH, IWB, Adaptricity) Netzdienliche Nutzung von SmartMeter-Daten ( SmartMetern) Netztransparenz durch zeitreihenbasierte Verteilnetz-Simulation, Analyse Andreas Ulbig 05/05/

12 F&E-Projekt: SoloGrid (BFE, Alpiq, AEK, L+G, Adaptricity Netzdatenanalyse- und Visualisierungslösung Andreas Ulbig 05/05/

13 SATW Speicherstudie (2016) Analyse der Rolle von dezentralen Speichersystemen, Batterien und thermischen Lasten, für das Stromsystem Industrie-Begleitgruppe Martin Bolliger (BKW) Gerhard Bräuer (Repower) Martin Geidl (Swisscom Energy Solutions) Niklaus Herbert und Dominik Zimmermann (ebm) Michael Koller (EKZ) Hansruedi Luternauer & Florian Kienzle (ewz) Matthias Galus (BFE) Alexandre Oudalov (ABB) Marek Zima & Aby Chacko (swissgrid) Niklaus Haller und Diego Sandoval (BS2) Hanspeter Eicher (Eicher&Pauli) Andreas Zimmermann (Elektra Jegenstorf) Andreas Ulbig 05/05/

14 Flexibilitätsbereitstellung durch dezentrale Speicher Weniger Flexibilität Mehr Flexibilität Normierte Ladeleistung / Ladezustand flexibler Lasten & Batterien. Quelle: T. Borsche, ETH PSL 2015 Lastmanagement heute oft nur bedingt flexibel, obwohl das technische Potenzial deutlich höher wäre (Flaschenhals: begrenzte Schaltzeiten, IKT). Andreas Ulbig 05/05/

15 Dezentrale Speicher technologische Vor-/Nachteile Batterien + Lastmanagement + schnelle Reaktionsfähigkeit (IKT) kleine Energiekapazität Batterien + Entkoppelung Leistungsreserve (P el ) und Energieproduktion (E el ) Bereitstellung von benötigter Regelleistung durch verschiedene Betriebseinheiten: (a) Regelleistungsprofil, (b) Kraftwerk, (c) Lastmanagement, (d) Batterieeinheit (in UZS). Batterien bieten höhere Flexibilität bei SDL-Bereitstellung. Andreas Ulbig 05/05/

16 Dezentrale Speicher Praxis-Anwendung (SDL) Verbesserung der Netzstabilisierung durch Batteriesysteme Höhere Frequenzstabilität durch sehr schnelle Reaktionsfähigkeit Unterstützung bei hohen Anteilen Wechselrichter-gekoppelter Erzeuger und Stromverbraucher Stabilere Netzdynamik durch schnellere Primärfrequenz-Regelleistung Quelle: A. Ulbig, T. Borsche et al., IFAC World Congress 2014, SATW Speicherstudie II (2016) Batterien liefern schnellere Regelleistung als konv. Kraftwerke. Andreas Ulbig 05/05/

17 Dezentrale Speicher Anwendungen & Bewertung Technische Bewertung des Energiespeicher-Einsatzes im Verteilnetz Vermeidung von Verteilnetzausbau Verringerung Netzbelastung Prosumer-Thematik Einbindung Endverbraucher in Netzbetrieb Dezentrale Speicher eignen sich für schnellen Leistungsausgleich (SDL) und lokale Aufgaben (Spannungsregelung, Peak-Reduktion, PV-Integration). Andreas Ulbig 05/05/

18 Zur Diskussion Wie sehen die Verteilnetze der Zukunft aus? Wie müssen die Netze für die Energiewende angepasst werden? gar nicht etwas vollständig Welche Technologien helfen die Netze fit für Erneuerbare Energien (PV) und neue Verbraucher (E-Mobilität, Wärmepumpen) zu machen? Kupfer oder Intelligenz? Kupfer und Intelligenz? Welche Rolle spielen Energiespeicher? Wie kann Netzplanung und Netzbetrieb kosten-effizienter werden? Liefert die Regulierung (die richtigen) Anreize? Welche Aufgaben haben die Verteilnetzbetreiber zukünftig? Wie sieht eine effektive TSO-DSO Koordination aus? Welcher Datenaustausch für Netzbetrieb & koordinierte Netzplanung? Andreas Ulbig 05/05/