Versorgungssicherheit Eine Herausforderung der Energiewende Ein Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung Transformation des Energiesystems am an der Leibniz Universität Hannover Quelle: http://tvblogs.nationalgeographic.com/files/213/1/blackout2-59x331.jpg
Inhalt 1. Stellenwert der Versorgungssicherheit 2. Stromversorgungssituation in Deutschland 3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung 4. Systemdienstleistungen 5. Fazit Seite 2
1. Stellenwert der Versorgungssicherheit Zieldreieck der Energiewirtschaft Seite 3
1. Stellenwert der Versorgungssicherheit 1 Absatz (1) Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Versorgungssicherheit Zweck des Gesetzes ist eine möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit mit Elektrizität und Gas, die zunehmend auf erneuerbaren Energien beruht. Umweltverträglichkeit Wirtschaftlichkeit Seite 4
1. Stellenwert der Versorgungssicherheit Was bedeutet nun Versorgungssicherheit? Aufgaben der Stromerzeuger Bereitstellung: Gesicherte Leistung Hohe Verlässlichkeit Systemdienstleistungen Aufgaben der Netzbetreiber Leistungsregelung Spannungshaltung Frequenzhaltung Netz-Wiederaufbau Netzbetriebsführung Engpassmanagement N-1-Sicherheit im Netz Erwartungen der Kunden Unterbrechungsfreie Versorgung Niedrige Spannungsschwankungen Niedrige Frequenzschwankungen Stromerzeuger Netz Stromkunden Übertragungsnetzbetreiber ÜNB Verteilnetzbetreiber - VNB Seite 5
Luxemburg Dänemark Deutschland Schweiz Niederlande Österreich Italien GB Frankreich Slowenien Ungarn Litauen Portugal Schweden Tschechien Zypern Polen Malta Slowakai Rumänien SAIDI in Minuten 1. Stellenwert der Versorgungssicherheit Betriebsstörungen in der Stromversorgung europäischer Staaten 1 min / a SAIDI = System Average Interruption Duration Index 1 1 1 Quelle: www.ceer.eu Seite 8
SAIDI 1. Stellenwert der Versorgungssicherheit Betriebsstörungen in der Stromversorgung Deutschlands 25 min / a 2 15 21,53 19,25 SAIDI = System Average Interruption Duration Index 16,89 14,63 14,9 15,31 15,91 15,32 1 5 26 27 28 29 21 211 212 213 Quelle: www.bundesnetzagentur.de Seite 9
1. Stellenwert der Versorgungssicherheit Komponenten der Stromversorgung in Deutschland Stromnetze (Übertragungs- und Verteilnetze) Konventionelle Kraftwerke Regelbare Stromerzeuger mit gesicherter Leistung Erneuerbare Energien (EEG-Strom) Fluktuierende Stromeinspeisung Speicher Energieaustausch im Europäischen Verbundnetz Seite 1
Leistung in GW 8 1. Stellenwert der Versorgungssicherheit Versorgungssituation 1994 7 6 5 4 3 2 1 Solar Windkraft Gas Steinkohle Braunkohle Kernkraft Laufwasser Sonstige Gesamtlast Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Seite 11
Leistung in GW Versorgungssituation 213 8 1. Stellenwert der Versorgungssicherheit 7 6 5 4 3 2 1 Solar Windkraft Gas Steinkohle Braunkohle Kernkraft Laufwasser Sonstige Gesamtlast Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Seite 12
Leistung in GW Residuallast 8 1. Stellenwert der Versorgungssicherheit 7 6 5 4 3 2 1 Solar Windkraft Konventionelle Erzeugung Gesamtlast Residuallast Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Montag Seite 13
Brutto-Stromerzeugung 2. Stromversorgungssituation in Deutschland Ausbau der Erneuerbarer Energien in Deutschland 18 TWh 16 14 12 1 8 6 4 2 Stromeinspeisegesetz ab 1. Januar 1991 Novelle BauGB ab November 1997 Novellierungen des Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) EEG 2 ab 1. April 2 EEG 24 ab 1. August 24 EEG 29 ab 1. Januar 29 EEG 214 ab 1. August 214 EEG 212 ab 1. April 212 1) Photovoltaik Wind offshore Wind onshore Wasserkraft Biomasse 2) 1) Hausmüll (Bio-Anteil) bei Pumpspeicherkraftwerken nur Stromerzeugung aus natürlichem Zufluss 3) 2) bis 1998 nur Einspeisung in das Netz der allgemeinen Versorgung, Angaben ab 23 beinhalten auch die industrielle Stromerzeugung aus flüssiger Biomasse inklusive Pflanzenöl 3) biogener Anteil (5 %) Quelle: AGEB Stand: 12. Dezember 214 Seite 14
Brutto-Stromerzeugung 2. Stromversorgungssituation in Deutschland Strommix Deutschland 199-214 nach Primärenergie-Trägern 7 TWh 6 5 4 3 2 1 Photovoltaik Wind offshore Wind onshore Wasserkraft Biomasse Hausmüll (Bio-Anteil) Übrige Energieträger Mineralölprodukte Erdgas Steinkohle Kernenergie Braunkohle Quelle: AGEB Stand: 12. Dezember 214 Seite 15
Brutto-Stromerzeugung 2. Stromversorgungssituation in Deutschland Strommix Deutschland 199-214 (konventionell und erneuerbar) 7 TWh 6 konventionell erneuerbar Photovoltaik Wind offshore Wind onshore 5 Wasserkraft Biomasse 4 Hausmüll (Bio-Anteil) Übrige Energieträger 3 Mineralölprodukte Erdgas Steinkohle 2 Kernenergie Braunkohle 1 Quelle: AGEB Stand: 12. Dezember 214 Seite 16
Brutto-Stromerzeugung 2. Stromversorgungssituation in Deutschland Strommix Deutschland 199-214 (gesichert und fluktuierend) 7 TWh 6 gesichert fluktuierend Photovoltaik Wind offshore Wind onshore 5 Wasserkraft Biomasse 4 Hausmüll (Bio-Anteil) Übrige Energieträger 3 Mineralölprodukte Erdgas Steinkohle 2 Kernenergie Braunkohle 1 Quelle: AGEB Stand: 12. Dezember 214 Seite 17
2. Stromversorgungssituation in Deutschland Zeiten geringer EEG-Stromeinspeisung - Dunkelflaute 8 GW 7 Dunkelflaute im Januar 212 6 5 Gesamtlast Windenergie 4 3 2 1 Solarenergie Sonstige EE Residuallast 14.1.212 15.1.212 16.1.212 17.1.212 18.1.212 Seite 18
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Installierte und gesicherte Stromerzeugungs-Nettoleistung Nicht gesicherte Leistung (verfügbare Leistung ohne Antrieb) Geplante Nichtverfügbarkeiten (Revisionen) Gesamte installierte Stromerzeugungs-Netto-Leistung Ungeplante Nichtverfügbarkeiten (Ausfälle) Systemdienstleistungen (Regelleistung) verfügbare Leistung (Reserve) eingespeiste Erzeugungsleistung (Erzeugungs-Last) Gesicherte Stromerzeugungs-Netto-Leistung (Gesicherte Leistung) Seite 19
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 2 2 Nicht gesicherte Leistung GW Geplante Nichtverfügbarkeiten 18 Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 16 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore Lauf- und Speicherwasser Biomasse 14 12 1 125 125 Freie gesicherte Leistung 11 25 Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) 8 6 Jahres- Höchstlast Erdgas Steinkohle Braunkohle 4 2 76 Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung Quelle: www.bmwi.de Energiedaten und eigene Berechnungen Seite 22
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 211 Nicht gesicherte Leistung Geplante Nichtverfügbarkeiten Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 2 GW 18 16 163 163 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore 14 12 Freie gesicherte Leistung 16 Lauf- und Speicherwasser 1 Biomasse 27 Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) 8 6 Jahres- Höchstlast Erdgas Steinkohle 4 79 Braunkohle 2 Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung Quelle: www.bundesnetzagentur.de Monitoring.Bericht 211 und eigene Berechnungen Seite 23
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 212 Nicht gesicherte Leistung Geplante Nichtverfügbarkeiten Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 2 GW 18 16 169 169 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore Lauf- und Speicherwasser Biomasse 14 12 1 Freie gesicherte Leistung 12 23 Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) 8 6 Jahres- Höchstlast Erdgas Steinkohle Braunkohle 4 2 79 Quellen: Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung 1. www.bundesnetzagentur.de Kraftwerksliste - Stand: 29. Oktober 214 und 2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 214 nach EnWG 12 Abs. 4 und 5 Stand: 3. September 214 Seite 24
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 213 Nicht gesicherte Leistung Geplante Nichtverfügbarkeiten Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 2 GW 18 16 18 18 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore Lauf- und Speicherwasser Biomasse 14 12 1 Freie gesicherte Leistung 14 23 Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) 8 6 Jahres- Höchstlast Erdgas 4 81 Steinkohle Braunkohle 2 Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung Quellen: 1. www.bundesnetzagentur.de Kraftwerksliste - Stand: 29. Oktober 214 und 2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 214 nach EnWG 12 Abs. 4 und 5 Stand: 3. September 214 Seite 25
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 214 Nicht gesicherte Leistung Geplante Nichtverfügbarkeiten Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 2 GW 18 16 188 188 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore Lauf- und Speicherwasser Biomasse 14 12 1 Freie gesicherte Leistung 15 24 Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) 8 6 Jahres- Höchstlast Erdgas 4 81 Steinkohle Braunkohle 2 Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung Quellen: 1. www.bundesnetzagentur.de Kraftwerksliste - Stand: 29. Oktober 214 und 2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 214 nach EnWG 12 Abs. 4 und 5 Stand: 3. September 214 Seite 26
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Kraftwerksstilllegungsanzeigeliste Stand 14. April 215 Anzahl der Kraftwerke für die eine vorläufige oder endgültige Stilllegung beantragte wurde: 46 Gesamte zur Stilllegung beantragte Kraftwerks-Netto-Leistung: 11356 MW Quelle: www.bundesnetzagentur.de Seite 27
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Angezeigte Kraftwerksstilllegung - Standorte Quelle: www.bundesnetzagentur.de Seite 28
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 214 25 Nicht gesicherte Leistung Geplante Nichtverfügbarkeiten GW Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 2 188 188 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore Lauf- und Speicherwasser 15 Freie gesicherte Leistung Biomasse Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) Erdgas Steinkohle 1 5 Jahres- Höchstlast 15 24 81 Braunkohle Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung Quellen: 1. www.bundesnetzagentur.de Kraftwerksliste - Stand: 29. Oktober 214 und 2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 214 nach EnWG 12 Abs. 4 und 5 Stand: 3. September 214 Seite 29
3. Gesicherte Stromerzeugungsleistung Gesicherte Leistung und Jahres-Höchstlast 223 25 Nicht gesicherte Leistung Geplante Nichtverfügbarkeiten GW 226 226 Ungeplante Nichtverfügbarkeiten Systemdienstleistungen 2 Solarenergie Windenergie, offshore Windenergie, onshore Lauf- und Speicherwasser Biomasse Sonstige (erneuerbar) Pumpspeicher Sonstige (nicht erneuerbar) 15 1 Freie gesicherte Leistung Jahres- Höchstlast 86 5 Erdgas Steinkohle 5 81 Braunkohle Kernenergie Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung Quellen: 1. www.bundesnetzagentur.de Kraftwerksliste - Stand: 29. Oktober 214 und 2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 214 nach EnWG 12 Abs. 4 und 5 Stand: 3. September 214 Seite 3
4. Systemdienstleistungen Versorgungssicherheit durch Systemdienstleistungen Das Stromversorgungssystem gewährleistet neben der Übertragung elektrischer Energie auch die Qualität der Versorgung. Die Aufgaben zur Sicherstellung der Qualität eines Versorgungssystems fasst man unter dem Begriff der Systemdienstleistungen (SDL) zusammen. Zu den Systemdienstleistungen gehören: Betriebsführung Netzengpassmanagement Frequenzhaltung Spannungshaltung Versorgungswiederaufbau Die Sicherstellung der Qualität der Stromversorgung durch die Bereitstellung der Systemdienstleistungen obliegt den Netzbetreibern. Regional sind dies die Versorgungsnetzbetreiber (VNB), überregional die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB). Die Sicherstellung der Frequenzhaltung, Spannungshaltung und Versorgungswiederaufbau gelingt nur in der Zusammenarbeit von Erzeugern (Kraftwerken) und Netzbetreibern. Seite 31
4. Systemdienstleistungen Anforderungen an die Spannungsqualität Fertigungen keine kurzen Spannungseinbrüche (Dips) Motoren keine Asymetrien Beleuchtung keine Flicker Uhren keine Mehrfachnulldurchgänge Rechner keine Spannungseinbrüche (Dips) Unterhaltungselektronik keine Überspannungen Ohmsche Lasten (Heizungen) haben keine Anforderungen an die Spannungsqualität Seite 32
Frequenz Frequenz Frequenz Frequenz Frequenz 4. Systemdienstleistungen Anforderungen an die Frequenzstabilität 5,2 Hz 5,1 Großbritannien 5,2 Hz 5,1 Zentraleuropa 5,2 Hz 5,1 Schweden 5, 5, 5, 49,9 49,9 49,9 49,8 49,8 1 2 3 4 h 48 1 2 3 4 h 48 Zeit h Zeit 49,8 1 2 3 4 h 48 Zeit 5,2 Hz 5,1 China (Osten) 5,2 Hz 5,1 Singapur 5, 5, 49,9 49,9 49,8 1 2 3 4 h 48 Zeit Quelle: Wikipedia Versorgungsqualität - 28.4.214 49,8 1 2 3 4 h 48 Zeit Seite 33
4. Systemdienstleistungen Europäischer Netzverbund und deutsche Übertragungsnetzbetreiber European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E) früher: UCTE Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland (ÜNB) Bildquelle: www.asue.de, Broschüre Virtuelle Kraftwerke Bildquelle: www.bpb.de Seite 34
Leistung 4. Systemdienstleistungen Bereitstellung von Regelregelleistung Solidarische Bereitstellung innerhalb ENTSO-E durch alle verbundenen ÜNB Energetischer Ausgleich innerhalb der Regelzone und Frequenzregelzone Zum Ausgleich größerer und länger andauernder Störungen Trägheit Primärregelung Sekundärregelung Tertiärreglung Bilanzkreisausgleich 3 s 5 min 15 min 1h Automatische Aktivierung bei einer quasistationären Frequenzabweichung von ± 2 mhz Telefonischer und fahrplangestützter Abruf durch den ÜNB Seite 35
4. Systemdienstleistungen Präqualifizierte Anbieter für den deutschen Regelleistungsmarkt Quelle: Internetplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Vergabe von Regelleistung www.regelleistung.net Stand: 14. April 215 Seite 36
4. Systemdienstleistungen Systemdienstleistungen Vermarktung der Regelleistung Primärregelleistung (PRL) Wöchentliche Ausschreibung Ausschreibung symmetrisch Mindestangebotsgröße +/- 1 MW Umfang seit 7. April 215: 783 MW Vergabe nach dem Leistungspreis Ausschließl. Vergütung d. Leistungspreises Sekundärregelleistung (SRL) Wöchentliche Ausschreibung Getrennte Ausschreibung pos. + neg. SRL Mindestangebotsgröße 5 MW Vergabe nach dem Leistungspreis Vergütung d. Leistungs- und Arbeitspreises Quelle: Internetplattform der ÜNB www.regelleistung.net Minutenreserveleistung (MRL) Tägliche Ausschreibung pos. + neg. MRL in jew. 6 mal 4 Stunden Mindestangebotsgröße 5 MW Vergabe nach dem Leistungspreis Abruf nach Arbeitspreises Vergütung d. Leistungs- und Arbeitspreises Seite 37
Gesamtbedarf (negativ/positiv) Leistungspreis 4. Systemdienstleistungen Systemdienstleistungen Vermarktung PRL 9 MW 8 7 6 Gesamtbedarf an Primärregelleistung in MW 7 /MW 6 5 5 4 Maximaler Leistungspreis 4 3 3 2 1 Minimaler Leistungspreis 2 Sep 11 Jan 12 Mai 12 Sep 12 Jan 13 Mai 13 Sep 13 Jan 14 Mai 14 Sep 14 Jan 15 1 Seite 38
mittlerer Gesamtbededarf Leistungspreis 4. Systemdienstleistungen Systemdienstleistungen Vermarktung SRL 35 MW 3 25 mittlerer Bedarf (positiv) mittlerer Bedarf (negativ) 25 /MW 2 2 15 15 Maximaler Leistungspreis 1 1 5 Minimaler Leistungspreis Feb 11 Sep 11 Apr 12 Okt 12 Mai 13 Nov 13 Jun 14 Dez 14 Jul 15 5 Seite 39
Fazit 5. Fazit Die Erneuerbaren Energien tragen nur in geringem Maß zur Deckung der Gesicherten Leistung bei. Durch den Zubau von Gas- und Kohlekraftwerken besteht trotz des Abschaltens der 8 Kernkraftwerke eine Überkapazität am deutschen Strommarkt. Die beantragte Stilllegung konventioneller Kraftwerke und die Außerbetriebnahme der restlichen deutschen Kernkraftwerke wird bis 223 wird zu einer Verknappung der Freien Gesicherten Leistung führen. Konventionelle Kraftwerke werden zur Abdeckung der Gesicherten Leistung auch in Zukunft gebraucht. Konventionelle Kraftwerke werden auch für die Bereitstellung der erforderlichen Systemdienstleistungen benötigt. Die Sicherstellung der Versorgungssicherheit im Zuge des weiteren Ausbaus der Erneuerbaren Energien bleibt eine wichtige Aufgabe! Seite 4
Vielen Dank für Ihr Interesse Seite 41