Zukünftige Rolle des Verteilnetzbetreibers in der Impulsvortrag Dr. Henning Schuster Mittweida, 8. November 2016
Hintergrund Die ist in vollem Gange, die Energielandschaft in Deutschland und Europa befindet sich in einem dynamischen Wandel. Bereits heute werden 30 % des gesamten Brutto-Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien erzeugt, die hauptsächlich in Verteilnetzen angeschlossen sind. Bis 2050 soll dieser Anteil auf mindestens 80 % ansteigen. Die Anzahl an steuerbaren und aktiv handelnden Einspeisungen, Lasten und Speichern im Verteilnetz nimmt stark zu, der Koordinierungsaufwand im Gesamtsystem steigt dadurch stark an. Wie wird sich die Rolle des Verteilnetzbetreibers durch die weitere Entwicklung der verändern? Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 2
Zentrale Fragestellungen einer gemeinsamen Studie von E-Bridge Consulting und MITNETZ STROM Welchen Veränderungen der Energielandschaft stehen Verteilnetzbetreiber in Zukunft gegenüber? Welchen erweiterten Herausforderungen stehen dadurch Verteilnetzbetreiber in Zukunft gegenüber? Welche Weiterentwicklung der Rollen des Verteilnetzbetreibers ist notwendig? Ergibt sich daraus Änderungsbedarf am Regulierungs- und Ordnungsrahmen? Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 3
Mega-Trends Spektrum an möglichen Entwicklungspfaden der Energielandschaft mit autarken Zellen Dezentrale mit globaler Verknüpfung Unvollständige Dekarbonisierung Dekarbonisierung Dekarbonisierung Dekarbonisierung Dezentralisierung Dezentralisierung Dezentralisierung Dezentralisierung Legende Trend Digitalisierung Digitalisierung Digitalisierung Digitalisierung Teilweiser Trend Autarkie Autarkie Autarkie Autarkie Kein Trend Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 4
Leistung an EE-Anlagen Deutschland 2035 [GW] In allen Szenarien werden hohe Leistung an EE-Anlagen mit unterschiedlicher technologischer Ausprägung erwartet. Auch bei einer unvollständigen wird das elektrische Energieversorgungssystem in Deutschland 2035 durch eine hohe Leistung an EE-Anlagen geprägt sein. 100 90 80 70 3rd Generation PV mit Schwerpunkt im städtischen Bereich? 87 68 92 Weiterer Zubau von Erzeugungsleistung im Verteilnetz PV-Anlagen Windkraftanlagen (onshore) Windkraftanlagen (offshore) 60 50 40 40 41 52 52 51 30 20 10 4 12 18 10 0 2015 Dezentrale Wettbewerbliche Unvollständige 2035 Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers Quelle: Outlook 2035 (Berlin, 2016) 5
Leistung von Kleinspeichern in Deutschland [MW] Die Anzahl an Kleinspeichern im Verteilnetz wird sich weiter signifikant entwickeln. Kleinspeicher weisen eine Leistung von ca. 5 kw zwischen und eine Speicherkapazität bis zu 14 kwh auf. 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 Dezentrale Unvollständige 2.100.000 Kleinspeicher in 2035 Kleinspeicher werden primär zur Eigenverbrauchsoptimierung eingesetzt. 100% 80% 60% 40% 20% Last PV-Einspeisung PV-Einspeisung mit Kleinspeicher 4.000 0% 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 2.000 Jede vierte PV-Anlage in Kombination mit Kleinspeicher 0 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Intelligente Steuerung von Kleinspeichern für weitere Zwecke? Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers Quelle: Outlook 2035 (Berlin, 2016) 6
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043 2044 2045 2046 2047 2048 2049 2050 Stromverbrauch in Deutschland 2035 [TWh] Durch die Elektrifizierung des Wärme- und Verkehrssektors wird der Stromverbrauch im Verteilnetz langfristig steigen. Der Zubau von Wärmepumpen und der verstärkte Einsatz von Elektromobilität führt trotz Effizienzverbesserungen zu einer Reduktion des Verbrauchs von elektrischer Energie. 620 600 580 Hohe Gleichzeitigkeiten durch intelligente Steuerung möglich Wärmepumpen 560 540 Elektromobilität 520 500 480 Konventioneller Stromverbrauch 460 0 Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers Quelle: Outlook 2035 (Berlin, 2016) 7
Installierte Leistung in Deutschland [GW] Gaskraftwerke prägen den konventionellen Kraftwerkspark der. Kraftwerke dienen maßgeblich zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit. In Szenarien mit hohem EE-Ausbau wird auch eine hohe Spitzenlast erwartet. Kernkraft Braunkohle Steinkohle Gas (GuD) Gas (GT) Sonstige kovent. Erzeugung 120 100 80 60 99,6 12,3 2,2 19,3 10,5 Netzanschluss kleiner Anlagen vor allem im Verteilnetz. 79,7 77,3 10,5 70,8 10,5 21,2 19,5 6,1 40 32,8 29,5 28,8 20,7 20 0 21,0 12,1 2015 Dezentrale 9,3 9,3 20,8 9,2 9,2 12,7 Wettbewerbliche 2035 Unvollständige Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers Quelle: Outlook 2035 (Berlin, 2016) 8
Trends der Digitalisierung und Dezentralisierung führen zu einer Vielzahl neuer Anforderungen an Verteilnetzbetreiber. Dezentralisierung und Digitalisierung führen zu Vielzahl neuer Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber. Das komplexe Zusammenspiel zwischen ÜNB und VNB wird an zwei Fallbeispielen ( 1 + 2 ) erläutert. 1 2 Hoher Beitrag zur Stabilität des Gesamtsystems aus Verteilnetz Engpassmanagement im Übertragungsnetz aus dem Verteilnetz Spannungshaltung im Übertragungsnetz aus dem Verteilnetz Regelleistung im Übertragungsnetz aus dem Verteilnetz Versorgungswiederaufbau im Übertragungsnetz aus dem Verteilnetz Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) Verteilnetzbetreiber (VNB) VNB VNB Ausweitung der Rollen und Aufgaben im Betrieb des Verteilnetzes Eigenständiges Engpassmanagement im Verteilnetz Spannungshaltung im Verteilnetz mit Vielzahl von Anlagen 2 Eigenständiger Versorgungswiederaufbau im Verteilnetz Physischer Bilanzausgleich zwischen Lasten und Einspeisungen im Verteilnetz* * nur bei zellularen, autarken Teilsystemen Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 9
1 Fallbeispiel 1: VNB ermöglicht es Anlagen im Verteilnetz einen Beitrag zur Gesamtsystemstabilität zu leisten (1/2) Der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) ist bei Engpassmanagement im Übertragungsnetz auf die Flexibilität verteilter Lasten, Einspeisungen und Speicher im Verteilnetz angewiesen, da regelbare Kraftwerke im Übertragungsnetz zukünftig fehlen. Für kostenoptimales Engpassmanagement im Übertragungsnetz (ÜN) ist Kenntnis über mögliche Leistungsänderung (Flexibilität) an ÜN-Knoten und die mit der Flexibilität verbundenen Kosten notwendig. Leistungsänderungen von Anlagen im Verteilnetz wirken mit unterschiedlicher Sensitivitäten auf Leistungsänderungen an ÜN-Knoten, da diese durch die Netztopologie, elektrische Entfernung und Leistungsflüsse im Verteilnetze beeinflusst werden. Nur VNB kann die Sensitivität der Leistungsänderung verteilter Anlagen im Verteilnetz auf Leistungsänderungen an ÜN-Knoten bestimmen, da hierzu Kenntnis über die Netztopologie und Schaltzustand im Verteilnetz, technische Parameter der Betriebsmittel im Verteilnetz sowie aktuelle Lastflüsse und Lastflussprognosen im Verteilnetz notwendig sind. ÜNB VNB 1. Bestimmung der Sensitivität von Leistungsänderung der Anlagen im Verteilnetz auf Leistungsänderungen am ÜN-Knoten 2. Gewährleistung eines sicheren Netzbetriebs bei Abruf der Flexibilität Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 10
1 Fallbeispiel 1: VNB ermöglicht es Anlagen im Verteilnetz einen Beitrag zur Gesamtsystemstabilität zu leisten (2/2) Flexibilität von Einspeisungen, Lasten und Speichern dienen zum Großhandel, Engpassmanagement für ÜNB, Engpassmanagement für VNB und zur Regelenergiebereitstellung. Zur optimalen Nutzung der Flexibilitäten muss Verteilnetzbetrieb (Instandhaltung, Wartung, Engpassmanagement im Verteilnetz etc.) berücksichtigt werden. Fazit Der Verteilnetzbetrieb wird zukünftig maßgeblich über effiziente Nutzung von Flexibilität entscheiden. VNB sollten versuchen, gemeinsam mit ÜNB Planung und Betrieb der Übertragungs- und Verteilnetze so abzustimmen, dass alle Flexibilität maximal genutzt werden können. Dadurch ist eine gleichberechtigte Rolle von ÜNB und VNB erforderlich. Um Markt maximal zu fazilitieren ist ggf. eine weiterführende Rolle des VNB als Marktplatz für Flexibilitäten einzurichten. Engpassmanagement (einschließlich Lastmanagement) sollte als spezifische Betriebsmaßnahme auch für VNB zugänglich sein. ÜNB VNB 1. Bestimmung der Sensitivität von Leistungsänderung der Anlagen im Verteilnetz auf Leistungsänderungen am ÜN-Knoten 2. Gewährleistung eines sicheren Netzbetriebs bei Abruf der Flexibilität Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 11
2 Fallbeispiel 2: VNB kommt zukünftig eigenständige Rolle beim Versorgungswiederaufbau zu (1/2) Historisch wurde das Versorgungswiederaufbaukonzept des Übertragungsnetzbetreibers auf die Ausweitung von Inselnetzen rund um Großkraftwerke ausgelegt. In den zukünftigen Szenarien der Energielandschaft müssen jedoch auch maßgeblich im Verteilnetz angeschlosse Anlagen für den Versorgungswiederaufbau genutzt werden. Nur der Verteilnetzbetreiber kann Versorgungswiederaufbau im Verteilnetz mit einer Vielzahl an steuerbaren Einspeisungen, Lasten und Speichern durchführen, da hierzu Kenntnisse der exakten Netztopologie, der aktuellen und zukünftigen Lastflüsse und Schaltzustände sowie der Schalthoheit im Verteilnetz notwendig ist. Bereits heute sind einige VNB in der Lage, einen Schwarzstart und einen Inselbetrieb technisch zu organisieren. ÜNB VNB Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 12
2 Fallbeispiel 2: VNB kommt zukünftig eigenständige Rolle beim Versorgungswiederaufbau zu (2/2) ÜNB kann durch Weiterentwicklung seines Konzeptes zum Versorgungswiederaufbau die durch VNB geschaffenen Inseln koordinieren und synchronisieren. Der von Kunden und Kommunen erwartete dezentrale Versorgungswiederaufbau bei vorhandener dezentraler Erzeugungsleistung ist daher notwendig und sollte erlaubt werden. Fazit VNB, die ausreichende angeschlossene Erzeugungsleistung besitzen, müssen für eine schnelle und sichere Wiederversorgung der Verbraucher im Gesamtsystem eine erhöhte Verantwortung übernehmen. Eine volkswirtschaftliche sinnvolle Verteilung von lokalem und überregionalem Versorgungswiederaufbau ist zu entwickeln und kann damit ggf. die Resilienz des Gesamtsystems erhöhen. ÜNB VNB Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 13
Wie wird sich die Rolle des Verteilnetzbetreibers durch die weitere Entwicklung der verändern? 1. Bestehende Aufgaben des Verteilnetzbetriebs werden sehr viel komplexer Durch zunehmende Diversität und Aktivität von Einspeisungen, Lasten und Speicher werden Rollen und Aufgaben im Betrieb des Verteilnetzes ausgeweitet (u.a. Engpassmanagement). Verteilnetzbetreiber mit hohen Einspeise- und Speicherkapazitäten müssen diese bei Versorgungsausfällen nutzen können, um Kunden schnell und sicher wiederversorgen. 2. Verteilnetzbetreiber müssen Beitrag zur Systemsicherheit leisten Zu keinem Zeitpunkt darf die Gesamtstabilität und Versorgungssicherheit gefährdet werden - die dazu notwendige Flexibilität ist vor allem im Verteilnetz angeschlossen. 3. Verteilnetzbetreiber müssen Beitrag zur volkswirtschaftlich optimalen Nutzung der Erzeugungs- und Lastflexibilität leisten. Flexibilität der einzelnen Anlagen im Verteilnetz dient zukünftig sowohl für Systemdienstleistungen im Übertragungsnetz (Engpassmanagement, Regelleistung) als auch im Verteilnetz (Engpassmanagement, Versorgungswiederaufbau) und auch dem Energiemarkt. Um einen effizienten Markt zu ermöglichen, wäre eine weiterführende Rolle des Verteilnetzbetreibers als Marktplatz für Flexibilitäten zu sehen. Impulsvortrag zur zukünftigen Rolle des Verteilnetzbetreibers 14
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