Einfluss der Energiewende auf den Betrieb der 110-kV-Netze Enersax Konferenz Dresden, 03. Dezember 2014 Dieses Projekt wurde gefördert durch den ESF Euopäischer Sozialfond und den Freistaat Sachsen
00 Gliederung o Prognosen 1 2 3 4 5 6 o Auswirkungen auf den Netzbetrieb o Übernahme von Systemverantwortung o Anforderungen an den Verteil-Netzbetreiber Spannungshaltung Potenziale bei Starkwind Potenziale bei Schwachwind o Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL o Zusammenfassung 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 2 1 2 3 4 5 6
01 Auswirkungen der Energiewende Prognosen Ausbau regenerativer Energien 95 % der zu installierenden Leistung im Verteilnetz entspricht bis einschließlich 2033 ca. P wind 61 GW entspricht bis einschließlich 2033 ca. P pv 63 GW Rückbau konventioneller Kraftwerksleistung von derzeit P konv 80 GW auf P konv 32 GW Neue Rahmenbedingungen Spannungshaltung, Bereitstellung von Blindleistung Kurzschlussleistung Systemdienstleistungen Grenzen der Sternpunktbehandlung 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 3
01 Auswirkungen der Energiewende Zubau regenerativer Erzeugungsanlagen 2012 B2024 B2034 Wind onshore 31,0 GW 55,0 GW 72,0 GW Wind offshore 0,3 GW 12,7 GW 25,3 GW Photovoltaik 33,1 GW 56,0 GW 59,5 GW Biomasse 5,7 GW 8,7 GW 9,2 GW Wasserkraft 4,4 GW 4,7 GW 5,0 GW 95 % der installierten Leistung im Verteilnetz Quelle: NEP 2014 Rückbau konventioneller Kraftwerksleistung 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 4
01 Auswirkungen der Energiewende Installierte Leistung erneuerbarer Energien Wasserkraft Biomasse Gas Erdwärme Wind onshore Wind offshore Solar installierte Leistung von EEG in GW 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 HöS HöS-HS HS HS-MS MS MS-NS NS Spannungsebenen Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, 2014 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 5
01 Auswirkungen der Energiewende Ausbau der Stromkreise im Hochspannungsnetz (D) Tkm Ausbau der Stromkreise in der Hochspannung 20 15 10 5 0 Szenario B Szenario C bis 2015 bis 2020 bis 2030 DENA Verteilnetzstudie VNS Erheblicher Zubau im MS/HS-Netz 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 6
02 Auswirkungen auf Netzstrukturen Elektrische Parameter von Leitungen Kabel Freileitung Typbezeichnung 2XS(FL)2Y 240 rm35 Horizontal 2 x 185/32 AlSt C Betriebskapazität 0,14 µf/km 0,012 µf/km I b Ladestrom 2,8 A/km 0,24 A/km C kap. Erdschlussstrom 8,4 A/km 0,72 A/km I CE U L C 12 C b(k) b(fl) L R N N C N U A Lb Rb U B I 12 I C(K) C(FL) C /2 C /2 b b I 12 I CE(K) CE(FL) I C 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 7
02 Auswirkungen auf Netzstrukturen FERRANTI-Effekt des 380/110-kV-Netzes Als FERRANTI Effekt wird die Spannungsüberhöhung als Folge des kapazitiven Stromes I c langer unbelasteter Leitungen bezeichnet. 115 Spannung am Leitungsende U E 114 113 112 111 110 Kabel Sk" = 10 GVA, 110 kv Freiltg Sk'' = 10 GVA, 110 kv 0 20 40 60 80 100 Leitungslänge in km 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 8
02 Auswirkungen auf Netzstrukturen Verhalten des 110-kV-Netzes 110-kV-FL 380-kV-FL Blindleistungsbedarf in Mvar/km 10 8 6 4 2 0-2 unternatürlich übernatürlich 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 S/P nat Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, 2014 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 9
03 Übernahme von Systemverantwortung Umkehr des Leistungsflusses Übernahme von Transportaufgaben Beiträge für die Systemstabilität (Spannungshaltung, Blindleistung) 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 10
03 Übernahme von Systemverantwortung Möglichkeiten des Transportnetzbetreibers Installation von Kompensationsanlagen Nutzung von Kraftwerkskapazitäten (konventionell, PSW) Nutzung der Kapazitäten des Verteilnetzes 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 11
04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Verstärkte Übernahme von Systemverantwortung (Systemdienstleistungen) Zunehmende Systemverantwortung Spannungshaltung, Bereitstellung von Blindleistung Frequenzhaltung Schwarzstartfähigkeit Einbeziehung der Erzeugungsanlagen in die Systemverantwortung Beitrag zur Erbringung von Systemdienstleistungen Redispatch-Maßnahmen 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 12
04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Beteiligung der Erzeugungsanlagen im 110-kV-Netz Technische Anschlussbedingungen TAB HS 0,925 0,95 0,975 1 cosϕ 0,95 0,925 0,9 130 125 U NAP,b in kv 120 115 110 105 Variante 1 Variante 2 Variante 3 100 95 90 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2-0.3-0.4 untererregt Q EZA /P r übererregt -0.5 Anforderung an die Blindleistungs-Bereitstellung der EZA 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 13
04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Beteiligung der Erzeugungsanlagen Technische Anschlussbedingungen TAB HS untererregt Q/P r übererregt 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-0.1-0.2-0.3-0.4 0-10 -20-30 -0.5 Anforderung an die Blindleistungs-Bereitstellung der EZA P mom /P r in % -40-50 -60-70 -80-90 -100 Variante 1 Variante 2 Variante 3 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 14
04 Anforderungen an den Verteilnetzbetreiber Beteiligung der Erzeugungsanlagen Technische Anschlussbedingungen TAB HS Q/P r 10 % Genereller BL-Bereich Erweiterter Stellbereich der Erzeugungsanlagen Zusätzlicher BL-Bereich der STATCOM-Option Eigenbedarf der STATCOM-Option 100 % P/P r 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 15
05 Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL Möglichkeiten Varianten der Bereitstellung von Blindleistung Powerfaktor cos φ Blindleistung Q cos ϕ const. cos ϕ( P) Q const. Q( q) Q( U) 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 16
05 Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL Regelung der Blindleistung am Anschlusspunkt 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 17
05 Bereitstellung von Beiträgen dezentraler SDL Spannungsregelung 117 ohne Regelung mit Regelung 0 SpannungU in kv 116.5 116 115.5 115 114.5 114 113.5 113 CP 1 MA 1 MA 2 MA 3 MA 4 MA 5 MA 6 CP 2 Abbildung aus: Maßnahmen zur Vermeidung zeitweiliger Überspannungen als Folge dezentraler Einspeisung im 110-kV-Netz; Weber, Sten; Diplomarbeit, 2014 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 18-5 -10-15 -20-25 -30 Blindleistungsbedarf des VN in Mvar
06 Zusammenfassung Ausbau regenerativer Energien 95 % der zu installierenden Leistung im Verteilnetz Neue Rahmenbedingungen, Systemverantwortung Spannungshaltung, Bereitstellung von Blindleistung Systemdienstleistungen Beteiligung der Erzeugungsanlagen zwingend Anpassung der technischen Anforderungen Steigende Systemverantwortung Verteilnetzbetreiber Transportaufgaben Frequenzhaltung, Spannungshaltung, Schwarzstart 09.12.2014 Projekt Energiewende Sachsen Folie 19
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Elektroenergieversorgung Technische Universität Dresden Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik 01062 Dresden Uwe Schmidt 0351/463-43204 u.schmidt@tu-dresden.de