Smart Grids in klein Was kann die Verteilnetztechnik leisten?
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- Hilko Kohler
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1 Smart Grids in klein Was kann die Verteilnetztechnik leisten? net 2011 Goslar, 28. März 2011 Theodor Connor Power Distribution Division,, Siemens AG
2 Geschichte der Stromversorgung Leistung GVA MVA kva VA Wechselstrom Gleichstrom BBC Drehstrom Drehstrom Gleichstrom Gleichstrom Bild März 2011
3 Bedeutung der elektrischen Energieversorgung Licht Kraft Telegraph Industrie Heizung Bahn Radio Staubsauger Kühlschrank Klimaanlage Bügeleisen Medizin Waschmaschine Computer Telefon Fernsehen Wirtschaft Umwelt Politik Kultur Gesellschaft Bild März 2011
4 Von der Versorgungsinsel zum Verbundnetz Erzeugung Lage der Ressourcen Verbrauch Steigende Lastdichte => Übertragung Verluste => Höhere Spannung Ausfälle => Vermaschung => Verbundbetrieb Reserven Lastausgleich Bild März 2011
5 Die Struktur des Verteilungsnetzes Großkraftwerk Schaltplan Wasserkraftwerk Stadtplan 110 kv 20 kv 0.4 kv Haushalt Bild 4 Industrie 28. März 2011 Lageplan
6 Die Geräte im Verteilungsnetz Öltank-, Trocken-Transformator Öl-Papier, PVC-, VPE-Isolation von Kabeln Expansin-, Öl Kessel-, Öldruck-, Vakuum-Leistungschalter Luft-, Feststoff-, Gas-, hermetisch verschweißte Schaltanlagen Elektromechanischer, analog elektronischer, digitaler Netzschutz Bild März 2011
7 Der Betrieb des Verteilungsnetzes Netzleitstelle Leistungsschalter Trennschalter Traditionelles Netz Bild März 2011
8 Entwicklung der Kohlendioxidkonzentration CO 2 Konzentration Industrielle Revolution Bild März 2011
9 Strom als Teil des Energiebedarfes Soziale Aspekte Politik Emissionen Energie Verkehr Handel Elektrizität Übertragung Verteilung Heizung Erzeugung Verbrauch Kühlung Primärenergie Träger Geographie Bild März 2011
10 Unternehmensziele Versorgungsqualität Regulator Unternehmens erfolg Technische Machbarkeit Wettbewerb Umwelt Preiswerte Energie Bild März 2011
11 Betrieb eines Elektrizitätsnetzes Bisher keine Speicherung der Elektrizität in großen Mengen möglich! Übertragung Erzeugung Fahrplan Erregung Drehzahl Dampf => U, Q => f => P Verteilung Verbraucher Stochastische Last => Vorhersagbare Last Bild März 2011
12 Die Herausforderungen Regenerative Regulator Übertragungsnetzbetreiber Handel Verteilungsnetz betreiber Erregung => U, Q Kraftwerk Drehzahl => f Dampf => P Handel Smart Meter Kunde E-Car Verteilte Erzeugung Speicher Bild März 2011
13 Verteilte Erzeugung Großkraftwerk Wind Wasser Wasserkraftwerk Biomasse 110 kv Industrie KW 20 kv kv 110 kv Brenn stoff zelle Batterie 0.4 kv 0.4 kv Solar Haushalt Industrie BHKW Haushalt Bild März 2011
14 Einbindung verteilter Erzeuger U U Spannungsband Selektivschutz Kurzschlussstrom Spannungsqualität Zustandsinformation Bild März 2011
15 Möglichkeiten zur verstärkten Integration 1. Unmittelbarer Verbrauch 4. Transformator Stufenschalter P P Last 2. Batterie 5. Leitungsverstärkung P P 3. Einspeisung induktiver Blindleistung Q P 6. Vermaschte Netze P P Bild März 2011
16 Entwicklung der Last- und Fehlerströme I K max Fehler Zukünftig I K min I max Last Last I max Last Flexible Netzkonfiguration z. B. Inselbildung Nacht Tag I K min Bisher Flexible Belastung innerhalb der Gerätegrenzwerte Bild März 2011
17 Automation des Betriebes M2 Betrieb mit Erdschlusskompensation S1 M1 S2 Sxa Sxb M1 S1 S2 M2 Sxa Sxb Bild März 2011
18 Automation des Betriebes Betrieb mit niederohmiger Sternpunkterdung S3 S1 S4 S2a S2b S1 S2a S2b S3 S4 Bild März 2011
19 Micro Grid Einbindung lokaler Erzeugung Verschiebung des Ausbaus im Übertragungsnetz Inselnetzbetrieb Leistungsfrequenzregelung Spannungshaltung Synchronisation Bild März 2011
20 EVU Smart Meter Bewusstsein über den Energieverbrauch Wettbewerb Gesellschaft Kunden Optimale Netzauslastung Laststeuerung Vereinfachung der Abrechnung Handel Andere Dienste: Kommunikation Wasser/Gas Überwachung Optimierung der Kosten durch Tarif-, Anbieterwahl, Lastkontrolle Öffentlichkeit Bild März 2011
21 Virtual Power Plant Kontrollzentrum Ziel: Teilnahme am Handel Alle Arten der Erzeugung Schaltbare Lasten, Steuerbare Lasten Speicher Demand Side Management Voraussetzungen: PV Last Netz muss die Lastflüsse aufnehmen können, Maximale und minimale Fehlerströme, Spannungsband Zuverlässige Kommunikation Co-Gen Industrie Wind Park Fuel cell Batterie Bild März 2011
22 Simulation der aktiven Verteilungsnetze Windkraft MVDC Kupplung Langzeit Modelle: Dauer: Minuten Tage Zeitschritte: 1s ¼ h Lastfluß, Lastverläufe Speicher BHKW Biomasse Energiebilanz Spannungsqualität Kurzzeit Modelle: Dauer:1/100 1/10 Sec Zeitschritt : 1 ms Brennstoffzelle Verhalten bei Störungen Schutzsimulation PV Anlage Bild März 2011
23 Das zukünftige Verteilungsnetz Netzleitstelle Adaptiert Stellung Steuerbare Last Zustand Erzeugung Smart meter Temperatur Zukünftige Netze Bild März 2011
24 Kommunikationstechniken Medium Übertragung Anwendung Kupferkabel (Zweidraht) Analog, Wechselstromtelegrafie (WT) Kupferkabel (Zweidraht) 8 Mbit/s Telefon, Digital PCM DSL Koaxialkabel 10 Mbit/s Fernsehen Lichtwellenleiter Tbit/s Trägerfrequenz (TFH) 300 kbit/s Hochspannungsleitungen Richtfunk 100 Mbit/s Übertragungsnetz Schmalbandfunk 19 kbit/s Netzstationen, 400 MHz Power Line Carrier (PLC) Rundsteuerung 0,1 bit/s Laternen, Hz Schmalband 28 kbit/s Netzimpedanzanpassung, 5-95 khz Breitband 200 Mbit/s 30 MHz Provider GSM 60 kbit/s Handy, ab 1990 GPRS UMTS 2 Mbit/s Handy, Mail GSM Global System for Mobile Communication PCM Pulse Code Modulation GPRS General Packet Radio Service DSL Digital Subscriber Line UMTS Universal Mobile Telecommunications System Bild März 2011
25 Kommunikationspartner EMS Netzplanung Kundeninformation Einkauf Workforce Lager Hersteller SCADA Abrechnung DMS Nachbar Regulator Station Gebäudemgt Heizung Wasser DMS - Distribution Management System EMS Energy Management System Gas Händler Kunden Erzeuger Bild März 2011
26 Der Niederspannungsanschluss Netzstation Lasttrennschalter Radial Sicherung Sicherung Auslegungskriterien: Max. Laststrom Spannungsfall Min. Fehlerstrom E-Netz* TT-System TN-C-System TN-S-System IT-System 3-phase 1-phase L1 L2 L3 N PE Vermascht Einspeisung von erneuerbarer Energie M-Netz** * Ein-strangig gespeistes NS-Maschennetz ** Mehr-strangig gespeistes NS-Maschennetz Bild März 2011
27 Die Ebenen eines smarten Verteilungsnetzes Applikation Meter Data Management, SCADA, Handel Kommunikation Power Line Carrier, Glasfaser, Funk Physikalische Ebene Transformator, Kable, Schalter, Schutzrelais Bild März 2011
28 Tool box für effiziente Verteilungsnetze Steuerung HGÜ FACTS Wasser Wind Solar GuD Kommunikation Freileitung Kabel GIS GIL Transformator Netzstation Schutz Überwachung Ziele Regeln Öffentliche Akzeptanz Wirtschaftlichkeit Bild März 2011
29 Eine Vision wird Wirklichkeit: Smart Grid Lösungen von Siemens Große zentrale Kraftwerke werden weiterhin die Grundlastversorgung sicherstellen CO2 Ausstoß wird ständig dargestellt Micro Generation (PV) als Teil von intelligenten Gebäuden Parkplätze mit Aufladestationen für E-Cars, Speicher zum Ausgleich von Angebots- und Bedarfsspitzen Große und sehr kleine Kraftwerke müssen parallel gesteuert werden Kabellose Sensoren und Smart Metering gekoppelt mit Laststeuerung und marktgerechter Energieversorgungssoftware Bild März 2011 Großspeicher helfen Angebotsfluktuationen auszugleichen
30 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit und viel Erfolg auf dem Weg vom Verteilungsnetz zum intelligenten Stromversorgungsnetz
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