Grundkurs Stromsystem Wie geht das eigentlich mit Stromerzeugung und dem Stromtransport? 29.02.2012 Anne Palenberg Gefördert durch:
Inhalt Stromerzeugung heute Was hat Klimaschutz mit dem Stromnetz zu tun? Technische Grundlagen Flankierende Maßnahmen zum Netzausbau 2
Konventioneller Kraftwerkspark (2011) Kraftwerke > 100 MW Anzahl Installierte Leistung (GW) Jahresenergie (TWh) Braunkohle 51 20,9 146,8 Steinkohle 86 27,1 107,6 Atom 9 (17) 12,7 (21,5) 106,4 Erdgas 80 22,4 80,9 Summe 234 (242) 84,7 (93,5) 441,7 3
Brutto-Stromerzeugung 2011 (612 Mrd. kwh) Quelle: AG Energiebilanzen, BDEW 12/2011 4
Atomausstieg bis Ende 2022 Unterweser Brunsbüttel Brokdorf (2021) Krümmel Emsland (2022) Abschaltung im März 2011 8 AKW (8,4 GW) Abschaltung zw. 2015 und 2022 9 AKW (12,1 GW) Grohnde (2021) Installierte AKW-Leistung in MW Biblis A Biblis B Grafenrheinfeld (2015) Philippsburg 1 Philippsburg 2 (2019) Neckarwestheim 1 Neckarwestheim 2 (2022) Gundremmingen B (2017) Gundremmingen C (2021) Quelle: BDEW 12/2011 Isar 1 Isar 2 (2022) 5
Stromerzeugung aus Erneuerbaren Installierte Leistung (GW) Istwerte 2011* Prognose 2020 Jahresenergie (TWh) Installierte Leistung (GW) Jahresenergie (TWh) Wind onshore 28,7 46,0 35,8 64,8 Wind offshore 1,08 0,5 10,0 36,0 Photovoltaik 24,9 19,5 51,8 41,3 Biomasse 4,9 31,7 8,9 44,3 Wasserkraft 4,8 19,0 4,3 20,0 Geothermie 0,06 0,016 0,3 1,7 EE gesamt 64,4 121,8 111,1 207,1 Strombedarf 604 460 *) vorläufig
Das Stromnetz als Flaschenhals der Energiewende Herausforderungen: Verteilungsnetz Übertragungsnetz D. Elliot, /DUH 7
Höchstspannung meist 220 / 380 kv Hochspannung meist 110 kv Mittelspannung 1-60 kv Niederspannung < 1 kv 8
Frage: Wie lang sind die Netze? [km] 1.200.000 1.000.000 Stromkreislängen nach Spannungsebene [km] (31.12.2009) 1.110.000 800.000 600.000 400.000 500.000 200.000 0 79.002 34.570 9
Stromkreislängen [km] 1.200.000 1.000.000 Stromkreislängen nach Spannungsebene [km] (31.12.2009) 1.110.000 800.000 600.000 400.000 500.000 200.000 0 79.002 34.570 Niederspannung Mittelspannung Hochspannung Höchstspannung 10
Übertragungsnetzbetreiber Quelle: Wiki Creative Commons, Urheber: Ice gixxe 11
Was hat Klimaschutz mit dem Stromnetz zu tun? Heutiges Stromnetz Großkraftwerke an Verbrauchsschwerpunkten Zentrale Einspeisung Transport von Erzeugung zum Verbraucher Heutiges Stromnetz Dezentrale Einspeisung Zentrale Kraftwerke im Meer Europäisches Stromnetz Transport in beide Richtungen Intelligentes Stromnetz Verbindung zu Speichern 12
Netzengpässe Im Übertragungsnetz: von Nord nach Süd In den Verteilungsnetzen: z.b. in Bayern D. Elliot, /DUH 13
Volatile Strommengen 0:00 0:45 1:30 2:15 3:00 3:45 4:30 5:15 6:00 6:45 7:30 8:15 9:00 9:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 22:30 23:15 Quelle: EEX transparency; Graphik: DUH [MW] 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 Wind- und Solarstromerzeugung (Beispieltag: 24. Oktober 2011) Solarenergie Windenergie 14
Volatile Strommengen [MW] 25.000 Wind- und Solarstromerzeugung (Beispieltag: 30. Oktober 2011) 20.000 15.000 10.000 5.000 0 15 0:00 0:45 1:30 2:15 3:00 3:45 4:30 5:15 6:00 6:45 7:30 8:15 9:00 9:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 22:30 23:15 Quelle: EEX transparency; Graphik: DUH Solarenergie Windenergie
EE brauchen flexible Ergänzung 16
Traditionelles versus Neues Netz 17
Versorgungssicherheit Übertragungsnetz Kraftwerk 18
Technische Grundlagen Übertragungstechniken: - Drehstrom = drei miteinander verkettete Wechselströme (AC) - Gleichstrom (DC) / HGÜ Verlege - Techniken - Freileitung - Erdkabel - Seekabel George Westinghouse Quelle: Library of Congress Prints and Photographs Division Thomas Alva Edison Quelle: wikimedia commons 19
Drehstrom AC HDÜ Vermaschte Netze Übertragung elektrischer Energie: Drehstrom/ Gleichstrom Einfach und günstig transformierbar Übertragungsverluste Auf langen Strecken unwirtschaftlich Gleichstrom DC HGÜ Fern-Übertragung ab mehreren Hundert Kilometern Verlustarm auf langen Strecken. derateru_pixelio 20
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Einsatz aktuell beschränkt Umrichterstationen technisch aufwendig & teuer Auf Punkt-zu Punkt Verbindungen: Stromautobahnen ohne Ausfahrten Freileitung oder Erdkabel möglich HGÜ-Kabel werden erst seit 2002 und weltweit nur auf wenigen Strecken eingesetzt. Betriebserfahrungen und Erkenntnisse über Langzeiteffekte fehlen Zukünftig Einsatz im europäischen Overlay Netz 21
Erdkabel Freileitung Bis 60 kv: Stand der Technik, Leitungen werden in Deutschland meist als Erdkabel verlegt, Kosten sind vergleichbar 110 kv: Stand der Technik. Leitungen werden meist als Freileitung errichtet, nur in Städten als Erdkabel. Erdkabel sind ungefähr doppelt so teuer wie Freileitungen. 380 kv: Einsatz auf Teilstrecken ist technisch machbar, aber.. Moreinput_pixelio 22
Freileitungen oder Erdkabel? 220/380 kv Technik: Standard Freileitung, in Deutschland Wechselstrom (AC), Ausnahme: Seekabel (meist Gleichstrom - DC); international bislang nur Erfahrung mit AC-Übertragung bis zu 40 km (Japan, Kopenhagen), technische Probleme Foto DUH Schrader Errichtung einer neuen 380-kV-Leitung im Amprion-Netzgebiet Kosten: Übertragungs-Mehrkosten Erdkabel Faktor 2 bis 9 (DC) und 3 5 (AC) (ETG des VDE 2011 und BMU; 2012) 380-kV Kabel Berlin-Friedrichshain/Marzahn 23
110 kv Neue 110 kv Leitungen sollen unter die Erde gelegt werden, solange die Gesamtkosten für Errichtung und Betrieb des Erdkabels nur maximal 2,75-mal höher sind (EnWG) 380 kv Rechtsrahmen Erdkabel -> Aber: praktische Umsetzung ist schwierig auf vier Pilotstrecken im Rahmen des ENLAG ein einzelnes HGÜ-Pilotprojekt auf einer Stromautobahn 24
Netzintegration Windstrom nach Dena I Offshore Wind Anbindung geplant bis 2015 (DENA I) 850 km Drehstrom Enlag-Teilkabelpiloten Keine Kabelpiloten bis 2020 (DENA I) 1050 km Dreh- oder Gleichstrom Zusätzlich wichtig: Verteilnetz: dezentrale Einspeisung Seekabelverbindungen 25
Flankierende Maßnahmen zum Netzausbau Technische Optimierung Intelligente Netze (Smart Grid) Speicher 26
Intelligente Netze: Smart Grid Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien 27
Speicher Kurzzeitspeicher Für Stunden / Tage z.b. Pumpspeicher - Heute: ca. 0,04 TWh el Langzeitspeicher Für Wochen/ Monate Kavernenspeicher - Druckluft - Wasserstoff Oder z.b. emethan Speicherkap. in D > 200 TWh th im existierenden Erdgas Netz 28
60 Eine rein regenerative Energieversorgung hat einen sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 2007) 40 20 Residuallast (GW) 0-20 -40-60 -80-100 Pumpspeicher Norwegen (Theorie) Überschüsse: -187.7 TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: -109.9 GW Maximale Residuallast 48.2 GW Kapazität und Leistung Gasspeicher heute 42 Mio. E-KFZ (Theorie) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE, aus Vortrag M. Sterner Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) Fraunhofer IWES 2010
Wanderausstellung: Die Zukunft der Stromnetze Ausstellung mit Bildern, Grafiken und Texten rund um das Thema Stromnetz Um- und Ausbau in Deutschland, u.a.: Neue Netze für den Klimaschutz Planung neuer Stromtrassen Stromleitungen und Gesundheit Erdkabel & Freileitungen Netzausbau und Naturschutz Sie eignet sich z.b. für den Einsatz in Schulen, Hochschulen, Bibliotheken oder Gemeindehäusern. Informationen und Kontakt: Deutsche Umwelthilfe e.v. Liv Anne Becker Hackescher Markt 4 10178 Berlin Tel.: 030 / 24 00 867-98 E-Mail: becker@duh.de 30
Wir sind auf dem Weg. Laminski Raphael Rohe (www.rohe-design.de)/ pixelio.de Kontakt: Anne Palenberg: + 49 30 2400 867 961; palenberg@duh.de 31
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FL / EK im deutschen Stromnetz Quelle: Daten 1998 von BDEW 1998 ( VDEW-Statistik 1998: Leistung und Arbeit ), Daten per 31.12.2008 aus BNetzA-Monitoringbericht 2009 34