Smart Grids in Deutschland Kommen wir schnell genug voran?

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1 Dr. Thomas Benz, EnergyDecentral 2014 Smart Energy Forum, 11. November 2014 Smart Grids in Deutschland Kommen wir schnell genug voran? November 24, 2014 Slide 1

2 ABBKonzern Führend in der Energie und Automatisierungstechnik Fokussiert auf Energie und Automatisierungstechnik Konzernsitz: Zürich, Schweiz > Mitarbeiter in über 100 Ländern Umsatz 2013: 42 Milliarden USD November 24, 2014 Slide 2

3 ABB in Deutschland Auf einen Blick Energie und Automatisierungstechnik Firmensitz: Mannheim Mitarbeiter Auftragseingang 2013: 3,09 Milliarden Euro Umsatz 2013: 3,37 Milliarden Euro Ausbildungsquote: 6,7% November 24, 2014 Slide 3

4 Energiewende in Deutschland Zielkorridor für Erneuerbare gemäß EEG 2014 Quelle: BDEW. Erneuerbare Energien und das EEG: Zahlen, Fakten, Grafiken (2014), Stand: , ergänzt um Zielkorridor für Erneuerbare gemäß EEG 2014, Stand: Anteil des Stromes aus regenerativen Energiequellen* Quelle: Bundesverband der Energie und Wasserwirtschaft (BDEW) *bezogen auf den BruttoInlandsstromverbrauch 90% 80% 80% IST Energiekonzept 70% 60% 50% 60% 50% 45% 55% 65% EEG % 30% 23,7% 24,7% 35% 40% 20% 17,1% 10% 0% November 24, 2014 Slide 4

5 Energiewende in Deutschland Nettostromerzeugung* erstes Halbjahr 2014 Quelle: Grün schlägt braun vom Anteil Erneuerbare: 28,7 % 9,1% 6,5% 9,5% 3,7% 6,4% 16,0% Kernenergie 18,3 10,5 18, ,6 281,3 TWh 26,7 16,6 50,9 5,9% 18,1% 69,7 Braunkohle Steinkohle Gas Wind 24,8% Solar Biomasse Wasserkraft Sonstige *Nettostromerzeugung = Erzeugte Strommenge abzüglich Eigenbedarf der Kraftwerke November 24, 2014 Slide 5

6 Energiewende in Deutschland Die wesentlichen Veränderungen Verbrauchsferne Erzeugung in großen Einheiten Windenergie, insbesondere Offshore Wasserkraft (Speicher) Alpen, Skandinavien Sonnenenergie Südeuropa, Nordafrika Dezentrale Erzeugung in kleinen Einheiten Photovoltaik KraftWärmeKopplung Volatile, dargebotsabhängige Erzeugung Windenergie Sonnenenergie Technische Auswirkungen in allen Bereichen: Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Anwendung, die letztlich zu einem grundlegend anderen Systemdesign führen werden. November 24, 2014 Slide 6

7 Energiewende in Deutschland Konsequenzen für das Stromversorgungssystem Treiber konv. Erzeugung Verteilung Übertragung Betriebsführung Anwendung Lastferne Erzeugung FACTS 1 Ferntransporte OverlayNetz/HGÜ Stabilisierung mit FACTS 1 Dezentrale Erzeugung Automatisierung Spannungsregelung Kommunikation Steuerung virt. KW 2 Volatile, dargebotsabhängige Erzeugung Teillastfähigkeit Flexibilität überregionaler Ausgleich OverlayNetz/HGÜ Großspeicher dezentrale Speicher Lastmgmt. virt. KW 2 PMU/ WAMS 3 Speicher Lastmanagement 1 FACTS: Flexible DrehstromÜbertragungssysteme 2 virt. KW: virtuelle Kraftwerke 3 PMU/WAMS: Phasenmessung, Weitbereichsüberwachung November 24, 2014 Slide 7

8 Dezentrale, volatile Erzeugung Konsequenzen für Verteilungsnetze U DU nur Verbraucher mit dezentraler Einspeisung l Auswirkungen Größere Bandbreite an Betriebszuständen durch dezentrale Einspeisung Spannungshaltung in ländlichen Netzen zunehmend schwierig Erzeugung und Verbrauch nicht immer im Gleichgewicht Lösungen Spannungsregelung Sekundärverteilungsüberwachung Erzeugungs und/oder Lastmanagement Speicher November 24, 2014 Slide 8

9 Konsequenzen für die Verteilungsnetze Übernahme bekannter Lösungen? Anforderungen Heute Künftig Änderungen im Mengengerüst Funktionale Flexibilität < Kraftwerke ~ automatisierte Stationen wenig Lastbeeinflussung einfaches, statisches Funktionsmodell > dezentrale Anlagen Ortsnetzstationen bis zu Haushalte sich entwickelnde Funktionalität SolarWechselrichter Lastmanagement dezentrale Speicher? Hier wird ein lernfähiges (erweiterbares) System mit möglichst geringem manuellem Pflegeaufwand benötigt. November 24, 2014 Slide 9

10 Konsequenzen für die Verteilungsnetze Umfassende Automatisierung erforderlich! In der Vergangenheit: Spannungsanpassung zwischen Übertragung, Regional und Primärverteilung Sekundärverteilung für wenige Lastfälle ausreichend Zukünftig: Dezentrale Erzeugung mit hohen Spitzen und niedriger Auslastung Möglicherweise viele mobile elektrische Verbraucher Konsequenzen für die Sekundärverteilung: Auslegung auf Spitzenlast unwirtschaftlich Spannungsregelung in der Sekundärverteilung Überwachung und Regelung erforderlich Wegen des Mengengerüsts ist das eine sehr grundlegende Änderung! November 24, 2014 Slide 10

11 ABB Smart GridsProjekte in Deutschland Neue, innovative Technik im Feldtest 1 Econnect 2 Green2Store 3 GRID4EU 2 4 RiesLing Smart Area MeRegio (abgeschlossen) Smart Country (abgeschlossen) Anwendungsfelder: Energiemanagement 6 Energiespeicher Verteilnetzautomatisierung November 24, 2014 Slide 11

12 Pilotprojekt Smart Country Spannungsregelung im Verteilungsnetz Elektronischer Spannungsregler (Prinzipschaltbild) stationären Über und Unterspannungen, Niederspannungsanwendung (Ausführungsbeispiel) Schneller, flexibler Spannungsregler ohne Stufenschaltung für Mittel und Niederspannungsnetze Einspeisung einer Zusatzspannung, z.b. auf der Sekundärseite eines Ortsnetztransformators Basierend auf IGBTTechnik Ausregelung von Spannungsunsymmetrien und kurzzeitigen Spannungseinbrüchen Wirkungsgrad > 99 % November 24, 2014 Slide 12

13 Spannungsregelung im Verteilungsnetz Messwerte an einer Ortsnetzstation Quelle: Projekt Smart Country, RWE Deutschland AG Bezogene Phasenspannung [p.u.] 1,03 1,02 1,01 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 Eingangs und ausgangsseitige Phasenspannung Eingang L1 Ausgang L Zeit [h] 24 November 24, 2014 Slide 13

14 Spannungsregelung im Verteilungsnetz Technische Lösungen Direkte Spannungsregelung Transformator mit Stufenschalter HS/MS Indirekte Spannungsregelung (Blindleistungsmanagement) STATCOM 2), Batteriespeicher Aktiver Mittelspannungsregler (MSAVR 1) ) Regelbarer Ortsnetztransformator Aktiver Niederspannungsregler (NSAVR 1) ) x... x MS/NS cosj, Q(U) Regelung Blindleistungskompensation STATCOM 2), Batteriespeicher cosj, Q(U) Regelung 1) Active Voltage Regulator 2) Static Compensator November 24, 2014 Slide 14

15 Pilotprojekt RiesLing* Modulare, skalierbare Automatisierungslösungen Intelligente Ortsnetzstation, Wechingen (EnBW ODR), Einweihung am *Region Ries: Leittechnik intelligent gemacht Netzleitstelle Messung von Betriebsgrößen Spannungen, Ströme Wirk und Blindleistung Regeln und Fehlererkennung Spannungsregelung Schnelle Isolierung von Fehlern und Wiederherstellung der Versorgung November 24, 2014 Slide 15

16 Pilotprojekt MeRegio Sekundärverteilungsüberwachung Netzüberwachung und vorausschauender Netzbetrieb: Visualisierung der Verletzung der oberen Spannungsgrenze. OnlineZustandsschätzung für das Mittel und Niederspannungsnetz auf Basis konventioneller Messungen und von Daten elektronischer Zähler Vorhersage von Knotenerzeugung und verbrauch Engpasserkennung Identifizierung von Knoten mit höchster Engpasswahrscheinlichkeit, Klärung mit Hilfe eines Marktplatzes Visualisierung der Verletzung der unteren Spannungsgrenze. November 24, 2014 Slide 16

17 Pilotprojekt MeRegio Lastmanagement in der (Pilot)Praxis Unbeeinflusster Lastgang Lastgang mit Lastmanagement* Haushalte Industrie Handel LG1 LG2 LG3 Haushalte Industrie Handel LG1 LG2 LG Last [kw] Last [kw] SpitzenlastReduktion *Zwei Ansätze für Lastmanagement untersucht: Manuelle Beeinflussung auf Basis von Tarifinformationen Automatische Lastverschiebung mit Steuerbox und angeschlossenen Geräten (z.b. smarte Geschirrspüler oder stationäre Batterien) November 24, 2014 Slide 17

18 Pilotprojekt Green2Store Dynamische, dezentrale Speichersysteme Marktdaten Akteure Energy Storage Cloud Wirtschaftliche Vermarktung des Speichers Meldung der Speicherfahrweise Wetterdaten Netzinformationen Lokale Messungen Prognose des Netzzustands Freie Speicherkapazität Netzbetriebsplanung, Ermittlung des erforderlichen Speichereinsatzes November 24, 2014 Slide 18

19 Energiewende Zwischenbilanz: Der Weg wird klarer. Treiber Konsequenzen Lösungen Starke Zunahme lastferner Erzeugung in großen Einheiten Starke Zunahme dezentraler Erzeugung Starke Zunahme fluktuierender Erzeugung Neue Anforderungen an die Verteilnetze Spannungshaltung Kapazität Schutzkonzepte Überwachung, Steuerung Weitreichende Auswirkungen Diversifizierung nach Regionen und Quellen Þ Übertragungskapazität Lastbeeinflussung Speicherung Netzausbau, FACTS, HGÜ Bedarf an Fernübertragungskapazität Automatisierung, Spannungsregler Netzausbau, dynamische Batteriespeichersysteme November 24, 2014 Slide 19

20 Energiewende Zwischenbilanz: Es ist Zeit zum Handeln. Treiber Konsequenzen Zeitraum Starke Zunahme lastferner Erzeugung in großen Einheiten Bedarf an Fernübertragungskapazität Überfällig Starke Zunahme dezentraler Erzeugung Starke Zunahme fluktuierender Erzeugung Neue Anforderungen an die Verteilnetze Spannungshaltung Kapazität Schutzkonzepte Überwachung, Steuerung Weitreichende Auswirkungen Diversifizierung nach Regionen und Quellen Þ Übertragungskapazität Lastbeeinflussung Speicherung Muss jetzt bedarfsorientiert umgesetzt werden Muss nach 2020 verfügbar sein November 24, 2014 Slide 20

21 November 24, 2014 Slide 21