Vortrag Prof. Dr. Moser (pdf, 959 KB) - Bundesnetzagentur
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Zukünftige Herausforderungen für Verteilnetzbetreiber<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Einleitung<br />
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
Koordination Smart Grid – Smart Market<br />
Systemdienstleistungen aus dem Verteilnetz<br />
Zusammenfassung<br />
Univ.-<strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-Ing. Albert <strong>Moser</strong><br />
Bonn, 25. November 2013
EINLEITUNG<br />
2
Einleitung 3<br />
Zukünftiger Erzeugungsmix<br />
Erzeugungssystem<br />
II<br />
Erzeugungssystem<br />
I<br />
300<br />
250 GW<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
Installierte Erzeugungskapazität<br />
Referenz A B C B<br />
2012 2024 2034<br />
sonst. reg. Erzeugung<br />
Wasserkraft<br />
Biomasse<br />
Photovoltaik<br />
Wind off-shore<br />
Wind on-shore<br />
sonst. konv. Erzeugung<br />
Pumpspeicher<br />
Erdöl<br />
Erdgas<br />
Steinkohle<br />
Braunkohle<br />
Kernenergie<br />
Jahreshöchstlast<br />
Quelle:<br />
Szenariorahmen NEP 2014
Einleitung 4<br />
Netzanschlussebene der EE-Erzeugung (Stand 2013)<br />
40<br />
Installierte Erzeugungskapazität<br />
30<br />
GW<br />
20<br />
10<br />
Wind on-shore<br />
Photovoltaik<br />
Biomasse<br />
sonst. reg. Erzeugung<br />
0<br />
HöS HS MS NS<br />
Verteilnetze<br />
Quelle:<br />
EEG-Anlagenregister Juni 2013
Einleitung<br />
5<br />
Anzahl der EE-Erzeugungsanlagen (Stand 2013)<br />
1.000.000<br />
Anzahl Erzeugungsanlagen<br />
1.331.581<br />
100.000<br />
10.000<br />
23.160<br />
14.348<br />
8.333<br />
1.000<br />
799<br />
100<br />
konv.<br />
Erzeugungsanlagen<br />
Wind<br />
on-shore<br />
Photovoltaik Biomasse sonst. reg.<br />
Erzeugung<br />
Quelle: BNetzA-Kraftwerksliste Okt. 2013,<br />
EEG-Anlagenregister Juni 2013
Einleitung<br />
6<br />
Verteilung der EE-Erzeugungsanlagen (Stand 2013)<br />
ca. 80% der EE-Erzeugung<br />
bei 20 Flächenverteilnetzbetreibern<br />
Quelle:<br />
Westnetz GmbH, Sept. 2013
Einleitung<br />
7<br />
Übersicht - Herausforderungen für VNB<br />
Übertragung<br />
Spannungshaltung<br />
Systembilanzierung<br />
(t < 15 min)<br />
Netzwiederaufbau<br />
<br />
Systemdienstleistungen<br />
aus dem Verteilnetz<br />
ÜNB<br />
VNB<br />
<br />
Integration der EE in die<br />
Verteilnetze (Smart Grid)<br />
Verteilung<br />
Strommärkte<br />
Versorgungszuverlässigkeit<br />
Spannungsqualität<br />
<br />
Koordination<br />
Smart Grid – Smart Market<br />
Portfoliobilanzierung (t > 15 min)<br />
Strompreisbildung
INTEGRATION DER EE IN DIE VERTEILNETZE<br />
8
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
9<br />
Auslegung von Verteilnetzen<br />
Thermische Belastung von Betriebsmitteln<br />
• insbesondere HS-Leitungen und Transformatoren<br />
Spannungsqualität (zulässiges Spannungsband U n 10% U n )<br />
• insbesondere ländliche MS- und NS-Leitungen<br />
Versorgungszuverlässigkeit für Verbraucher<br />
• HS-Netze: (n-1)-Kriterium Maschennetze<br />
• MS-Netze: Wiederversorgung erst nach fernbedienten/händischen Schaltmaßnahmen<br />
Ring-/Strangnetze<br />
• NS-Netze: Wiederversorgung erst nach Reparatur bzw. durch Notstromaggregat<br />
Strahlennetze<br />
„Einspeisezuverlässigkeit“ für dezentrale Erzeugungsanlagen<br />
• (n-0)-Kriterium: „Wiedereinspeisung“ erst nach Reparatur<br />
Belastung/Verhalten im Fehlerfall (Kurzschlussfall)
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
10<br />
Thermische Belastung von Betriebsmitteln<br />
HS<br />
max.<br />
MS<br />
Verbraucher<br />
EE<br />
Strom
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
11<br />
Spannungsqualität<br />
HS<br />
max./min.<br />
MS<br />
min./max.<br />
Spannung<br />
Verbraucher<br />
EE<br />
Spannung
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
12<br />
„Einspeisezuverlässigkeit“ für dezentrale Erzeugungsanlagen<br />
HS<br />
max.<br />
MS<br />
Verbraucher<br />
EE mit<br />
Einspeisemanagement<br />
Strom
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
13<br />
Netzausbau zur Integration der EE in Verteilnetze<br />
Alle angesprochenen technischen Herausforderungen lassen sich durch<br />
konventionellen Netzausbau lösen<br />
• mehr Leitungen<br />
• mehr Transformatoren<br />
• mehr Umspannstationen<br />
• gegebenenfalls gesonderte „EE-Einspeisenetze“<br />
Abschätzung des erforderlichen Netzausbaus in Dena-Verteilnetzstudie<br />
NEP 2012, Szenario B<br />
Bundesländerszenario
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
14<br />
Netzausbaubedarf nach Spannungsebenen<br />
> 50% in 110 kV-Ebene<br />
Quelle: dena
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
15<br />
Smart Grid-Technologien<br />
innovative Spannungsregelungsstrategien (MS/NS)<br />
• regelbarer Ortsnetztransformator<br />
• Spannungsregler im Netz<br />
• Weitbereichsregelung der Transformatoren<br />
• Blindleistungsregelung und erweiterte Blindleistungsbereitstellung<br />
dezentraler Erzeugungsanlagen<br />
innovative Schutztechnik (MS/NS)<br />
innovative Leiter/Leiterbetrieb (HS)<br />
• Freileitungsmonitoring<br />
• HTLS-Seile<br />
Engpassmanagement im Verteilungsnetz<br />
• Erzeugungsmanagement<br />
• Speichermanagement<br />
• Lastmanagement<br />
innovative<br />
Netztechnologien
Integration der EE in die Verteilnetze<br />
16<br />
Netzausbaubedarf – Smart Grid-Technologien<br />
Smart Grid-Technologien<br />
reduzieren Netzausbaukosten.<br />
Quelle: dena
Integration der EE in die Verteilnetze 17<br />
Smart Grid-Technologien erfordern IKT-Systeme<br />
Beobachtbarkeit<br />
Messtechnik<br />
• konv. Messtechnik<br />
• ferngemeldete<br />
Kurzschlussanzeiger<br />
• Smart Meter?<br />
Steuerbarkeit<br />
Netzkapazitätsmanagement<br />
• Erzeugungsmanagement<br />
• Lastmanagement<br />
• Speichermanagement<br />
Spannungsregelung<br />
• rONT<br />
• Q-Einspeisung von<br />
EE-Anlagen<br />
Wiederversorgung<br />
• Fernsteuerung<br />
(Lasttrenner, LS, DEA)<br />
Mengengerüst (heute)<br />
4.500 HS/MS-Stationen<br />
550.000 ONS<br />
1.300.000 PVA<br />
23.000 WEA<br />
14.000 Biomasseanlagen<br />
8.000 sonst. EE-Anlagen<br />
44.000.000 Haushalte<br />
…<br />
Verknüpfung über<br />
Information- und Kommunikationsnetze
KOORDINATION<br />
SMART GRID – SMART MARKET<br />
18
Koordination Smart Grid – Smart Market<br />
19<br />
Smart Market<br />
Marktintegration<br />
• dezentrale EE-Anlagen (z.B. in Form der Direktvermarktung)<br />
• sonstige dezentrale Erzeugungsanlagen<br />
• Verbraucher<br />
• dezentrale Speicher<br />
Märkte<br />
• Day-Ahead- und Intraday-Märkte<br />
• Terminmärkte<br />
• Systemdienstleistungsmärkte für ÜNB (Reserve)<br />
• Lokale Flexibilitätsmärkte:<br />
Netzkapazitätsmanagement für VNB, Redispatch für ÜNB?<br />
Neue Marktrolle des Aggregators als Schnittstelle zwischen dezentralen<br />
„Flexibilitäten“ und Märkten<br />
Innovative Technologien als Enabler<br />
• intelligenter Zähler & intelligentes Messsystem<br />
• Virtual Power Plant/Demand Side Management
Koordination Smart Grid – Smart Market<br />
20<br />
Notwendiger Netzausbaubedarf – Smart Market<br />
Smart Grid<br />
Quelle: dena<br />
Smart Market
Koordination Smart Grid – Smart Market<br />
21<br />
Netzkapazitätsampel zur Koordination<br />
VNB als Koordinatoren<br />
rote Ampelphase:<br />
• eingeschränkter Smart Market<br />
• Netzkapazitätsmanagement<br />
durch den VNB<br />
gelbe Ampelphase:<br />
• Smart Market<br />
• marktbasiertes Netzkapazitätsmanagement<br />
durch den VNB<br />
grüne Ampelphase:<br />
• Smart Market<br />
• kein Netzkapazitätsmanagement<br />
erforderlich
SYSTEMDIENSTLEISTUNGEN<br />
AUS DEM VERTEILNETZ<br />
22
Systemdienstleistungen aus dem Verteilnetz<br />
23<br />
Systemdienstleistungen der ÜNB<br />
Unterstützung aus Verteilnetz für Systemdienstleistungen der ÜNB bereits heute<br />
üblich<br />
• z.B. Lastabwurf<br />
Zukünftig größeres Erfordernis für Systemdienstleistungen der ÜNB aus dem<br />
Verteilungsnetz<br />
• Spannungshaltung/Blindleistungsbereitstellung<br />
• Netzwiederaufbau/Schwarzstartfähigkeit<br />
• Redispatchleistung<br />
• Regelleistung (Primärregelreserve,<br />
Sekundärregelreserve, Minutenreserve)<br />
VNB, insb. 110 kV-NB<br />
Aggregator oder VNB?<br />
Verteilnetze ersetzen Großkraftwerke als Lieferant von Systemdienstleistungen<br />
(Flächenkraftwerk)
ZUSAMMENFASSUNG<br />
24
Zusammenfassung 25<br />
Zusammenfassung<br />
Hoher Netzausbaubedarf in Verteilnetzen, überwiegend in Hochspannungsnetzen<br />
Innovative Netztechnologien reduzieren Netzauskosten.<br />
Netzkapazitätsmanagement in Verteilnetzen reduziert Netzausbaukosten.<br />
• Erzeugungs-, Speicher- und Lastmanagement<br />
• Lokale Flexibilitätsmärkte für Netzkapazitätsmanagement als Teil des Smart Market<br />
• Berücksichtigung in der Netzplanung notwendig<br />
Zur Hebung dieser Kostensenkungspotentiale IKT-Systeme notwendig<br />
(Beobachtbarkeit, Steuerbarkeit, IKT-Netze)<br />
Neue Rollen der VNB<br />
• Koordinatoren von Smart Grid und Smart Market (Netzkapazitätsampel)<br />
• Netzkapazitätsmanagement in Verteilnetzen<br />
• Bereitsteller von Systemdienstleistungen der ÜNB aus Verteilnetzen<br />
• Auch diese neue Rollen erfordern IKT-Systeme.
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