Netzentlastung / Netzstabilität durch Photovoltaik 8. Solartagung Rheinland-Pfalz Dipl.-Ing. Christian Synwoldt 13. September 2012
Referent Christian Synwoldt Dozent IfaS Umwelt-Campus Birkenfeld, FH-Trier Freier Mitarbeiter Autor Mehr als Sonne, Wind und Wasser Alles über Strom
Die Realität übertrifft jede Prognose Zahlen: BEE, BNetzA Grafik: IfaS
Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS
Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS
Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS
Strommix in Deutschland Zahlen: EEX Grafik: IfaS
Netzebenen Höchstspannung 1 230-400 kv Transport 2 Hochspannung 3 110 kv 4 Mittelspannung 5 10-30 kv Verteilung 6 Niederspannung 7 400 V Grafik IfaS
Photovoltaik-Anlagen im Deutschen Netz Anlagenanzahl Summe 1.015.440 Anlagenleistung Summe 20,97 GW Datenqualität! Zahlen: energymap.info, Stand 23.5.2012; Grafik: IfaS
Einspeisung und Netzlast Absolute Werte 2011 Netzlast Wind 50hertz amprion tennet transnetbw max. Netzlast 13.997 MW 30.090 MW 22.762 MW 12.882 MW Netzlast zum Zeitpunkt max. Wind-Einspeisung 8.696 MW 23.307 MW 15.218 MW 8.555 MW max. Wind-Leistung 9.883 MW 4.482 MW 8.998 MW 458 MW Photovoltaik max. Netzlast 13.997 MW 30.090 MW 22.762 MW 12.882 MW Netzlast zum Zeitpunkt max. PV-Einspeisung 6.244 MW 20.744 MW 12.827 MW 9.816 MW max. PV-Leistung 1.831 MW 3.500 MW 6.326 MW 2.339 MW Relative Werte 2011 Maximale Einspeisung Wind in Bezug zur max. Netzlast 50hertz 70,6 % amprion 14,9 % tennet 39,5 % transnetbw 3,6 % in Bezug zur akt. Netzlast 113,6 % 19,2 % 59,1 % 5,4 % Gleichzeitigkeitsfaktor 84,9 % 88,9 % 80,4 % 85,0 % Grafik: cc-by-sa, wikiuser Ice gixxe Zahlen: 50hertz, amprion, tennet, transnetbw Photovoltaik in Bezug zur max. Netzlast 13,1 % 11,6 % 27,8 % 18,2 % in Bezug zur akt. Netzlast 29,3 % 16,9 % 49,3 % 23,8 % Gleichzeitigkeitsfaktor 48,4 % 59,7 % 62,3 % 65,7 %
Saisonale Last und Einspeisung (2011) Mittelspannung Zahlen Stadtwerke Mainz Niederspannung
Tagesgang Last und Einspeisung (10.09.2011) Mittelspannung Zahlen Stadtwerke Mainz Niederspannung
Netzstabilität Photovoltaik Stützung des Netzes Bereitstellen von Blindleistung Spannung Frequenz Windenergieanlagen (zusätzlich) Systemdienstleistungen Fault Ride Through Voltage Ride Through
Netzstützung Optionen Blindleistungskompensation blindleistungsfähige Wechselrichter Spannungsstützung Einspeisemanagement reduzierte Einspeiseleistung bei Überfrequenz stufenweise Kennlinie Ost-/West-Ausrichtung regelbare Ortnetztransformatoren Kompensation des Spannungsabfalls am Einspeisepunkt
Wirkleistung und Blindleistung Verbraucher und Netze verfügen über kapazitives/induktives Verhalten und machen das Bereitstellen von Blindleistung erforderlich. Ein Maß für die Blindleistung ist der Verschiebungsfaktor cos ϕ. Grafiken SMA Spannung und Strom in Phase Wirkleistung Phasenverschiebung ϕ zwischen Spannung und Strom Blindleistung
Blindleistungskompensation Wechselrichter Scheinleistung gewünschter / geforderter Verschiebungsfaktor cos ϕ = 0,95 zusätzliche Wechselrichter-Leistung nur im Ausgangskreis Blindleistung pendelt im Netz cosϕ Bild SMA
Spannungsanhebung U/U N Ortsnetztrafo Leitungswiderstand NEP U 0 U L U V Lastwiderstand U V = U 0 - U L (Verbraucher) NEP Maßnahmen zur Verringerung der Spannungsanhebung: 1. Leitungswiderstand (komplex!) verring. 2. Spannungsabfall U L verringern 3. Spannung U 0 verringern Grafik IfaS Ortsnetztrafo Leitungswiderstand NEP U 0 U L U PV PV-Anlage (Einspeisung) U PV = U 0 + U L
Regelbarer Ortnetztransformator U/U N NEP Betriebszustände Schwachlast und hohe dezentrale Einspeisung Starklast und geringe dezentrale Einspeisung Spannungsanhebung am Netzeinspeisepunkt auf zulässigen Bereich begrenzen Bild EON-Avacon
Blindleistungskompensation Verringerte Spannungsanhebung bei gegebener Netzimpedanz und Verschiebungsfaktor cos ϕ = 0,95 Die Impedanz von Niederspannungsnetzen hat einen höheren ohmschen Anteil, daher ist der Netzimpedanzwinkel Ψ kleiner als in der Mittelspannungsebene. Grafik SMA
50,2 Hz Problem Abschalten von PV-Anlagen Hintergrund Richtlinie Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz (2005/2006) Netztrennung bei 50,2 Hz Folge vom Verband der Netzbetreiber gefordert PV-Anlagen mit aktuell (Sommer 2012) 29 GW p gehen gleichzeitig vom Netz Netzstabilität gefährdet, Jojo-Effekt Lösung Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) vom 26.07.2012 gleitende Verminderung der Leistung im Frequenzbereich 50,2 Hz < f < 51,5 Hz Übergangsregelung für Neuanlagen seit 4.2011 Nachrüstpflicht für Bestand bis Ende 2014
Systemstabilitätsverordnung (SysStabV) Nachrüstpflicht Wer ist betroffen? PV-Anlagen am Niederspannungsnetz mit mehr als 10 kw p, Inbetriebnahme 1.9.2005-31.12.2011 mit mehr als 100 kw p, Inbetriebnahme 1.5.2001-31.12.2011 PV-Anlagen am Mittelspannungsnetz mit mehr als 30 kw p, Inbetriebnahme 1.5.2001-31.12.2008 Nachrüstung erfolgt durch Netzbetreiber kostenlos für Anlagenbetreiber Pflicht zur Zusammenarbeit, sonst entfällt EEG-Vergütung
Einspeisemanagement Systemstabilitätsverordnung Frequenzstützung Grafik IfaS
50,2 Hz Problem nachzurüstende Anlagen > 10 kw p (NS) Ecofys / IFK September 2011 ab 1.9.2005 (alle Netzebenen) SysStabV Juli 2012 1.9.2005-31.12.2011 > 100 kw p (NS) 1.5.2001-31.12.2011 > 30 kw p (MS) 1.5.2001-31.12.2008 > 100 kw p 6 Monate 31.08.2013 Zeitraum für Nachrüstung Kostenverteilung > 30 kw p 24 Monate 31.05.2014 30 kw p 36 Monate > 10 kw p für Anlagenbetreiber kostenfrei oder bis zu definierender Zumutbarkeitsschwelle 31.12.2014 Netzbetreiber; 50 % Netzentgelt 50 % EEG-Umlage Quelle Ecofys / IFK, BDEW
Ost-West-Ausrichtung Vorteile mehr Ertrag bei gleicher Spitzenleistung geringere Wechselrichterleistung größere Flächeneffizienz Bilder IBC, Photon
Dezentrale Speicher Bilder Siemens, Conergy
Dezentrale Speicher Einsatz und Zweck Management von Last und Einspeisung Haushalt Eigenbedarf optimieren Betrieb Lastspitzen vermeiden Quartier Management der Einspeisung Windpark PV-Freiflächenanlage Netznutzung geringe Entfernung zwischen Einspeisung und Verbraucher Vermeiden von Spitzenlasten Vermeiden von Übertragungsverlusten
Zentraler und dezentraler Lastausgleich Grafik SMA
Last zwischen privatem Haushalt und Netz 4-Personen-haushalt und PV-Anlage mit 5,6 kw p Grafik SMA
Last zwischen privatem Haushalt und Netz 4-Personen-haushalt und PV-Anlage mit 5,6 kw p zusätzlich: Speicher mit 2,2 kw und 5,5 kwh Grafik SMA
Last zwischen privatem Haushalt und Netz 4-Personen-haushalt und PV-Anlage mit 5,6 kw p zusätzlich: Speicher mit 2,2 kw und 5,5 kwh zusätzlich: Ladeschwelle bei 1,9 kw Einspeiseleistung Wetterprognose! Grafik SMA
Einspeisung und Eigenbedarf Solarmodul Stromnetz Wechselrichter = kwh Strombezugszähler Solarzähler Einspeisezähler kwh kwh Haushalt, Verbraucher Bilder: Bosch Hausgeräte Grafik: IfaS
Einspeisung und Eigenbedarf Solarmodul Stromnetz Wechselrichter = kwh Strombezugszähler Solarzähler Einspeisezähler kwh kwh Haushalt, Verbraucher Bilder: Bosch Hausgeräte Grafik: IfaS
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Christian Synwoldt c.synwoldt@umwelt-campus.de