Deutsche Smart-Grid-Roadmap (BDEW, 2013): Die Entwicklung beginnt heute Die Forschung und Entwicklung beginnt heute, um zukünftig effiziente und wirtschaftliche Lösungen zu erhalten BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 31
Vielen Dank! Bild Mach mit, mach den ersten Schritt Gemeinsam engagiert in die Zukunft BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 32 Seite 32
BKW untersuchte die Lastveränderung durch DEA in den Hochspannungsnetzen (Projekt ZNP NUV 2011/12) 100 80 60 40 20 0 E? 1970 1995 2020 2045 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0 Uhr 15 Uhr 2040 heute Herausforderung Zweck der Netze: den Kunden Strom liefern Wie entwickelt sich der Stromverbrauch? Was ist das optimale Netz für den zukünftigen Bedarf? Szenarioanalyse Berücksichtigung Unterschiede Stadt, Land, Tourismus 18 Treiber 80 Studien 4 Szenarien Berücksichtigung Effizienz, Energiewende, Unsicherheit Lastprognose Spitzenlast definiert Netzdimensionierung Lastspitzen ändern sich: Tageszeit, Rückspeisung wesentlich geringe Lastzuwachsannahme als üblich! Netzplanung und Ergebnis Grüne-Wiese-Ansatz mit Consentec als Effizienz-Check, parallel Zielnetzplanung auf Basis Istnetz durch BKW Hochspannungsnetz mit minimalem Zubau / Kosten BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 33
Der ermittelte Lastzuwachs im BKW-Hochspannungsnetz ist geringer als in der Vergangenheit. In einigen Fällen wird die Rückspeisung aus Photovoltaik und Wind oder Wasserkraft auslegungsdeterminierend. Das Diagramm zeigt die Unterschiede in der Höhe der Last je Szenario. Der Lastzuwachs jeder UST ist als grauer Strich dargestellt, der durchschnittliche Lastzuwachs als Säule. Smax,2040/Smax,2010 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 Durchschnitt Verbrauchslast Wintertag Durchschnitt Rückspeisung Sommersonntag Wert einer einzelnen Unterstation ( Spannweite) Vergleich: Wachstum 1,5% p.a. Referenzpunkt: Last heute 0.00 1.27 0.96 1.43 Reference 1.19 1.39 0.62 0.86 0.60 Green Policy Central Prosperity Stagnation durchschnittlicher Lastzuwachs BKW / NMAS / ZNP 2011/12 Seite 10
Puffern von Lastspitzen auf Hochspg. in Batterien? Beispiele für die weltgrössten Batterien 2013, Berlin: 2 MW, 2 MWh Vattenfall, Eurosolid 2012, Dietikon: 1 MW, 2 Mio. SFr. EKZ, ABB 2011, ZhangBei (CN) 6 MW 6 MWh, China State Grid / BYD BKW-Unterstationen Unterstation Hoch-/Mittel-Spg.- Transformierung Spitzenlast 4 40 MW Ortsnetzstation Mittel-/Nieder-Spg.- Transformierung Nennleistung meist zwischen 0.25 und 0.63 MW Einsatz von Speichern in UST Wäre heute extrem teuer, deswegen nicht als Standard- Komponenten verfügbar Netzverstärkungen, lokale Generatoren, alle anderen Lösungen billiger Dezentral ähnliche Verhältnisse BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 36
Einige Grössenordnungen: Megawatts (MW) im Vergleich Beispiele für die weltgrössten Batterien 2013, Berlin: 2 MW, 2 MWh Vattenfall, Eurosolid 2012, Dietikon: 1 MW, 2 Mio. SFr. EKZ, ABB 2011, ZhangBei (CN) 6 MW 6 MWh, China State Grid / BYD BKW-Unterstationen Unterstation Hoch-/Mittel-Spg.- Transformierung Spitzenlast 4 40 MW Ortsnetzstation Mittel-/Nieder-Spg.- Transformierung Nennleistung meist zwischen 0.25 und 0.63 MW Typische / sehr grosse Windkraft Stärkster Anlagentyp der Welt: Enercon E 126 7.6 MW 198.5 m max. Höhe Vestas V90 zb. Juvent-Windpark 2 MW max. Höhe BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 37
Pilotprojekt FlexLast Markt-Teilnehmer Sekundär-Regelung Pilotprojekt FlexLast SDL Erbringer (BKW) BKW Netzregler Kooperation BKW, MVN, IBM CH, BFE FlexLast Betrieb FlexLast Operator Provider von Planungsdaten S6 - Operation FlexLast S1 - Planung User Interface Anlagen-Pooling Flex Last Integration Layer Flex Last Core Fernwirk-Gateway Betriebs-Aufsicht & Regelung S2 - Regelung Flexible Steuerung der Kühlhäuser MVN (therm. Speicher), BKW, MVN, IBM CH, BFE Ziele: Potential der Einbindung von industriellen Grossverbrauchern in ein Smart Grid anhand des Pilotprojektes Flexlast mit den Kühlhäusern des MVN aufzeigen METEO Anbieter MVN Logistics Systeme von MVN Systeme von BKW Systeme von Dritten S4 - Meteo S5 - Logistik FlexLast Systemkomponenten FlexLast Funktionsblöcke Anlagen Anlagen-Optimierung Anlagen-Modelle MVN TKL1 Steuerung Flex Last Integration Layer Anlagen Gateway MVN TKL2 Steuerung Betriebs-Planung Betriebs-Monitoring (current & history S3 - Anlage MVN TKL3 Steuerung Seite 38 Bereitstellung Sekundär-Regelleistungreserve und Lieferung Regelenergie durch intelligenten Lastab- oder -aufbau testen Potentialanalyse von weiteren schaltbaren industriellen Lasten und des Geschäftsmodelles (Business Case) für einen Aggregator evaluieren Mit einem Leuchtturmprojekt die Entwicklung eines Smart Grid in der Schweiz unterstützen
Mögliche Umsetzung der neuen Energiepolitik Zentrale Produktion aus neuen erneuerbaren Energien Windparks im Norden «Desertec» im Süden Auf-/Fallwindkraftwerke Gezeiten-/ Meeresströmungskraftwerke Dezentrale Produktion aus neuen erneuerbaren Energien Mittlere/kleine Windparks Mittlere/kleine Photovoltaikanlagen Biomasse Kraft-Wärme-Kopplung Geothermie Kapazitäten im Übertragungsnetz Kapazitäten und Technologie im Verteilnetz BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 39
BKW/Titel/Kurzzeichen
Deutsche Smart-Grid-Roadmap des BDEW (2013): Speicher erst nach 2025 relevant BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 41
Einleitung Begriffsdefinition Traditionelles Netz Smart Grid Zentrale Erzeugung Eindirektionaler Lastfluss Begrenzte Netzintegration neuer Erzeuger Zentrale und dezentrale Erzeugung Multidirektionaler Lastfluss Vollständige, effiziente Netzintegration fluktuierender erneuerbarer Energien BKW/KS-KE/Ergebnisse-Projekt-Smart-Grid_KS-07 Seite 42
Im Netz der Zukunft gibt es neue Anforderungen, aber auch neue "smarte" Lösungen. Anforderungen Anforderungen an BKW Umwelt Umwelt Klassische Versorgungsaufgabe + Integration DEA / nee Verantwortungen von von BKW BKW Netzanlagenstrategie Planungsgrundsätze BKW-Netze neue Geschäftsfälle neue Lösungen Verteilnetz-externe Smart-Grid-Ansätze RSA-Regelenergie Einspeisungsorientiertes DSM BKW-Smart- Grid-Projekt "ASGaN" Verteilnetz-interne Smart-Grid-Ansätze Blindleistung Q(U) Netzorientiertes DSM BKW/BASHA/10.01.2013
Definitionen: Smart Energy @ BKW NetSafe GridBox EnergySolutions Speicherkraftwerke Dezentrale Produktion / VK Unterstation Micro Grids Zubau nee Trafostationen Automatisierungsgrad Smart Meter Visualisierung VISU, SMART Energieeffizienz Komfort Sicherheit Grosskraftwerke Laststeuerung FLEX Speicherung NE1 NE7 Zähler Gebäude Quelle: Konzernentwicklung Smart Grid BKW/KS-KE/Ergebnisse-Projekt-Smart-Grid_KS-07 Smart Energy Seite 44 Smart Home
Übersicht Speicher-Anwendungen - Microgrids (Inselbetrieb) - Virtuelle Kraftwerke - Systemdienstleistungen - Regelenergie - Blindleistung (durch Wechselrichter) - "Distributed Energy Ressource Management" - Peak Shifting (Spitzenlast-Verschiebung) - Vermeidung Netzausbau - Strom-Fahrplan-Einhaltung - Prosumer - Überbrückung Stromausfälle - Maximierung Nutzung Eigenerzeugung Speicher lassen sich prinzipiell für viele Zwecke einsetzen. BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013
Praxis-Beispiel: Das Netz wird gemäss der BKW- Planungsgrundsätze gebaut. Sie werden nun smart. Bei BKW heissen die aktuellen Planungsgrundsätze "Netzbauphilosophie" RONT? STS? Neben den bewährten, oftmals preisgünstigsten Lösungen stehen den Netzplanern zukünftig nach und nach mehr "smarte" Lösungen zur Verfügung Der "RONT" (regelbarer Ortsnetztrafo) oder die "STS" (Smart Transformer Station) sind zwei Beispiele, deren Feldtest aktuell vorbereitet wird BKW/BASHA/10.01.2013
Entweder-Oder-Alternative zur Systemstabilität: Die grösste Herausforderung nachfolgenden Folie. ist der permanente Ausgleich Erzeugung / Verbrauch. BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 47 Quelle: RWE Lambertz 2012
Netzvision Microgrids NE 7 NE 5 NE 3 Energiesystem Gebäude Microgrid Optimierung auf tiefstmöglicher Ebene BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 48
Was ist Microgrid und wozu dient es? Vermeidung Stromausfälle und vereinfachter Schwarzstart Alternative zum Ausbau des externen Netzes Lokale Gewährleistung von Spannungsqualität Regionale Unterscheidung möglich (Gewerbegebiete...) Teilweise Stromausfälle als alternativ zu N-1 Verminderung von Übertragungsverlusten (Regionale Energieversorgung öffentliche Akzeptanz) (Optimale Nutzung von DEA durch weniger Stromausfall-Situationen) BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 49
Auswirkung auf die Netze (intern, extern) Interne Auswirkungen: Höhere Preise (kleine Erzeugungsanlagen, kleine Speicher) aber auch höhere Versorgungszuverlässigkeit (nicht vom ganzen Netz abhängig, Inselbetrieb möglich) Externe Auswirkungen (Netz): Weniger Verbrauch des Übertragungsnetzes Unterstützung bei Black-Start Externe Auswirkungen (Markt): Beteiligung als "Regionales Virtuelles Kraftwerk" BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 50
Agenda Überblick: Von der Energiewende zu den Netzen der BKW Herausforderung 1: Systemstabilität Herausforderung 2: Versorgungssicherheit Herausforderung 3: Eigennutzung Herausforderung 4: Versorgungszuverlässigkeit Speicher-Einsatz bei der BKW Zusammenfassung, Abschluss BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 51
Ohne KEV könnten private Speicher zukünftig die Selbstversorgung der Kunden erhöhen. Photovoltaik-Ertrag im Sommer mittags oft höher als eigener Verbrauch Ohne KEV wäre Einspeisetarif geringer als Verbrauchstarif Speicherung könnte rentabel werden Quelle: Sonnenbatterie Ostermann 2012 Aber: Spitzenverbrauch am Winterabend Netze werden weiterhin gebraucht Entsolidarisierung durch "Prosumer" bzgl. Netzkosten? BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 52
Eigennutzung Übersicht Industrie Industrie, Gewerbe BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 53 Haushalte, Gewerbe
Folie nicht "babyleicht", aber gute Aussage Ggf. erklären lassen. Oder rausschmeissen. Welche Probleme entstehen im Verteilnetz durch dezentrale Einspeisung? Eine Dissertation der TU München untersuchte die Aufnahmekapazität des Stromnetzes und die Dachflächenkapazität für Photovoltaik Kapazität Leitungen Kapazität Transformator Spannungsanhebung < 2% am Netzanschlusspunkt gemäss EANN- Richtlinie Die wichtigsten Einschränkungen für dezentrale Einspeisung ins Stromnetz sind zuerst Spannungshaltung, und danach Stromtragfähigkeit. BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 54
Speichertechnologien BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 55 Quelle: Saft 2012
Probleme im Netz (U, I) und Massnahmen BKW / C. Bossel / Energy Cluster 2013 Seite 56 Quelle: Roland Berger 2010
Die Kosten von neuartigen Speichern betragen heute ein Vielfaches der klassischen Speicher. Seite 57 Quelle: Kleimaier 2012