Smart Grids. Integration von erneuerbaren Energien im ländlichen Netz. Ein Unternehmen der EnBW. Daniel Schöllhorn 23. Juli 2014

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1 Smart Grids Integration von erneuerbaren Energien im ländlichen Netz Daniel Schöllhorn 23. Juli 2014 Ein Unternehmen der EnBW

2 Herausforderungen für den Netzbetreiber Probleme im Netz Strom Überlastung von Betriebsmitteln (Leitungen, Trafos) durch zu hohe Energiemengen Häufig wechselnde Richtung des Stromflusses (durch fluktuierende Einspeisung) stellt u.a. Herausforderung für Netzführung und Netzschutz dar Spannung Überschreitung des Spannungsbands bei zu hoher Einspeisung 253 V Obere Spannungsgrenze (+10%) 230 V 207 V Zulässiges Spannungsband (DIN EN 50160) Nennspannung Untere Spannungsgrenze (-10%) Unterschreitung des Spannungsbands bei zu hohem Verbrauch Frequenz Um die Netzfrequenz konstant bei 50 Hz zu halten, müssen Einspeisung und Verbrauch stets ausgeglichen sein Zuverlässigkeit Q-Element bei der Regulierung bestraft Netzbetreiber mit schlechter Versorgungsqualität Fehler im (Verteil-)Netz müssen schnell identifiziert und behoben werden können Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 2

3 Kosten Lösungsansätze für den Netzbetreiber Optimierung des Netzausbaus Investition in klassischen Netzausbau (Kupfer) Volkswirtschaftlicher Effizienzgewinn Aufwand für Smarte Tools* Investitionen in Smarte Tools** Investitionen in optimierten Netzausbau *z. B. Kommunikationskosten, Anreize bzw. Entschädigungszahlungen für Last- und Einspeisemanagement **z. B. Mess- und Regelungstechnik, Kommunikationsinfrastruktur Netzkosten heute Netzkosten morgen konventioneller Ausbau Netzkosten morgen mit Intelligentem Netz Smarte Tools wie lokale Spannungsregelung oder Last- und Einspeisemanagement können punktuell bei Bedarf eingesetzt und bei veränderter Netzsituation (z. B. Lastverschiebungen, Erhöhung des Eigenverbrauchs der Netznutzer) flexibel angepasst oder auch wieder beendet werden. Ein konventionell ausgebautes Netz passt sich deutlich langsamer an neue Gegebenheiten an und ist deshalb sowohl technisch als auch volkswirtschaftlich die ineffizientere Lösung. Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 3

4 Intelligente Netznutzer Intelligente Netzbetriebsmittel Lösungsansätze für den Netzbetreiber Smart Grid Katalog Intelligente Mess- und Kommunikationstechnik Spannungsbandverletzung Betriebsmittelüberlastung Versorgungssicherheit Smart Station Regelbarer Ortsnetztransformator Spannungslängsregler Gerichteter Erd- und Kurzschlussanzeiger Fernwirkbare Lasttrennschalter Erste Prototypen befinden sich im Einsatz Roll-Out der Smart Station wird vorbereitet Blindleistungsregelung Einspeisemanagement Lastmanagement Speicher Einspeisemanagement im Einsatz, jedoch nur als Übergangslösung bis zum Netzausbau Fehlende rechtliche Grundlage, daher bislang kein Beitrag der Netznutzer zur Netzausbauvermeidung Je nach Problemstellung stehen verschiedene Smart Grid Komponenten in unterschiedlichen Entwicklungsstadien zur Auswahl Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 4

5 NETZlabor BW Intelligente Ideen für das Netz von morgen NETZlabor Niederstetten Dezentrale Netzintelligenz und Smart Grid Komponenten NETZlabor Boxberg Ausgestaltung der Netzampel bei privaten Wärmekunden NETZlabor Osterburken Ausgestaltung der Netzampel bei Gewerbekunden NETZlabor Weinstadt Integration Ladeinfrastruktur in das NS-Netz NETZlabor Sonderbuch Systemlösungen PV für das NS-Netz NETZlabor Freiamt Smart Grid Komponenten für das MS-Netz Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 5

6 NETZlabor Sonderbuch Ein besonderer Fall KWh Hohe Einspeisedichte durch PV*-Anlagen: 60 Anlagen auf 190 Einwohner (1,2 MW PV-Anschlussleistung, kw Verbrauch) Überschaubares Netz (3 Ortsnetzstationen, 160 Zähler) Weiterer Ausbau des Ortsnetzes erwartet Jahr EEG-Einspeisevergütung Energieverbrauch-Strom [kwh] PV-Einspeisung [kwh] x *PV Netzausbaumaßnahmen EEG-Einspeisevergütung PV Einspeisung [kwh] Energieverbrauch Strom [kwh] Photovoltaik Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 6

7 NETZlabor Sonderbuch Auf dem Weg zum Smart Grid Messen Regeln Gesamtsystem Intelligente Zähler Messtechnik im Trafohaus Zentrale Informationsdrehscheibe Datenanalyse (über Universität Stuttgart) Regeleinheiten für ausgewählte Erzeugungsanlagen Regelbarer Ortsnetztrafo Einsatz von Speicherlösungen Integriertes Netzmanagement Dezentrale Steuerung aller Komponenten Optimale Kapazitätsausnutzung bisher heute morgen Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 7

8 NETZlabor Freiamt Die intelligente Ortsnetzstation Mess- und Fernwirktechnik Messung von Spannung und Strom sowie Wirk- und Blindleistung Kommunikationsanbindung an die Netzleitstelle für die Übertragung von Messwerten und Steuerbefehlen Fehlerortung und Störungsbehebung In Messgerät integrierte gerichtete Erd- und Kurzschlussanzeiger für exaktes Orten von Fehlern und schnellere Störungsbehebung Fernwirkbare Schalter, verkürzen im Fehlerfall oder bei betrieblichen Schaltungen die nötige Zeit für Ab- und Umschaltungen Spannungsregelung Jede intelligente Station ist r-ont-ready, d.h. bei Bedarf kann ein regelbarer Ortsnetztransformator zur Spannungsregelung eingebaut werden Fernwirkanlage und Kommunikationsmodem MS-Schaltanlage mit fernwirkbaren Schaltern sowie Kurz- und Erdschlussanzeigern Ziele: Bessere Beobachtbarkeit und mehr Eingriffsmöglichkeiten im Verteilnetz Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 8

9 NETZlabor Boxberg Flexibler Wärmestrom Intelligenter Strommarkt Verbesserung der Integration erneuerbarer Energien (Last folgt volatiler Erzeugung) + Intelligentes Stromnetz Vermeiden von Überlastsituationen und damit auch Netzausbau. Projektziele Prognose und Regelung von Erzeugungsspitzen am UW-Trafo über variable Lasten (Nachtspeicherheizungen) Lösungskonzept für intelligente Beschaffungsansätze inkl. netzseitiger Randbedingungen Operative und reale Durchführung der Laststeuerung Kennzahlen Gemeinschaftsprojekt zw. EnBW Regional AG & EnBW Vertrieb GmbH Einspeiseleistung: 20 MW (10 MW PV / 10 MW Wind und steigend) 10 MW (regelbare) Last (ca. 800 elektrische Heizungsanlagen) Aufbau eines Netzes an Messpunkten zur späteren Validierung und Quantifizierung des Nutzens Feldtest-Umsetzung: Q3/ Q2/2015 Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 9

10 NETZlabor Osterburken Betriebliches Lastmanagement Ziele und Kennzahlen Prognose und Regelung von Engpässen an UW-Trafos über variable Lasten für Industrie- und Gewerbebetriebe Lösungskonzept für intelligente Beschaffungsansätze Operative und reale Durchführung der Laststeuerung Einspeiseleistung: 25 MW (10,5 MW Wind, 13,7 MW PV, 1,8 MW Biogas), Tendenz steigend 11 Sonderkunden, Summe Einzelhöchstlasten: ~ 10,5 MW Netz: 1 Umspannwerk, 2 x 25 MVA Ziel: Lastverlagerungspotential min. 1 MW Leuchtturmprojekt des Landes BaWü Vergleichbarer Ansatz aus Projekt Flexibler Wärmestrom Gemeinschaftsprojekt EnBW / Netze BW Osterburken Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 10

11 ROMI (Roll-Out Messsystem Infrastruktur) Aktueller Stand Projektauftrag ROMI hat den Auftrag, den Roll-Out von Messsystemen nach 21 EnWG vorzubereiten und die dafür notwendige Infrastruktur zu implementieren. ROMI umfasst: Analyse der externen sowie EnBW-spezifischen Anforderungen Entwicklung eines technischen und organisatorischen Umsetzungskonzepts Implementierung und Test des Konzeptes bei den betroffenen Gesellschaften Steuerung der Roll-Out- Maßnahmen bis zur Übergabe an die Linie Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 11

12 Fazit Smart Grids Probleme und Lösungen für das Verteilnetz von morgen Weitere Entwicklung geschieht parallel, aber in unterschiedlichen Geschwindigkeiten, z. B. Zubau Erneuerbare Energien Intelligenter Netzausbau der Verteilnetze Laststeuerung /Intelligenter Markt Ausbau der Übertragungsnetze Lösung der Schwierigkeiten erfolgt in zwei wesentlichen Etappen: 1. Lösung der technischen Herausforderungen an das Netz durch ein Baukastensystem 2. Lösung des Erzeugungsüberschusses durch Einspeisemanagement, (Batterie-)Speicher, Power to Gas, Demand Side Management, Nicht die Ausbaurate der Erzeugungsanlagen bestimmt die Energiewende, sondern die Lösungsgeschwindigkeit der technischen Herausforderungen im Netz Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 12

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Daniel Schöllhorn Netze BW GmbH Schelmenwasenstraße Stuttgart Smart Grids 23. Juni 2014 Netze BW GmbH, Schöllhorn 13