Post on 02-Sep-2019
Versorgungssicherheit und Netzführung
• Eigenheiten elektrischer Energienetze
• Erzeugung und Verbrauch elektrischer Energie
• Einfluss von Erneuerbaren Energien
• Anforderungen elektrischer Netze an Erzeugungseinheiten
Volker Weinreich, Leiter Schaltleitung Lehrte 28.05.2014
28.05.2014
Was ist ein Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB)?
Ein Übertragungsnetzbetreiber ist verpflichtet ein "sicheres, zuverlässiges
und leistungsfähiges Energienetz diskriminierungsfrei zu betreiben, zu
warten und bedarfsgerecht zu optimieren, zu verstärken und auszubauen"
(EnWG, § 11).
Instandhaltung, Betrieb,
Planung und Ausbau
der Strominfrastruktur
Bereitstellung des
Netzzugangs für
Stromhändler und -lieferanten
Sicherung der
Systemstabilität
Bereitstellung von
Regelleistung zur Vorbeugung von
Stromengpässen
Betrieb der
Höchstspannungsebene
(220/380 KV)
Verantwortung
Engagement
Verbundenheit
Kraftwerke und Übertragungsnetze
28.05.2014
TenneT TSO GmbH (TTG)
Schaltleitung Lehrte | Control Centre Lehrte
Standorte der
Schaltleitungen TenneT
TSO GmbH
Lehrte und Dachau
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Auf dem Weg zum europäischen Netz Verband europäischer Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB)
41 ÜNB aus
34 europäischen Ländern
525 Millionen Menschen
952 GW Erzeugungskapazität
3.323 TWh/a Last
436 TWh/a internationaler
Austausch
300.000 km Leitungen
(≥200kV)
4
□ ATSOI BALTSO NORDEL UCTE UKTSOA
Quelle: ENTSO-E Memo 2012, https://www.entsoe.eu/publications/general-publications/memo-entso-e-facts-figures/
Struktur der Energieversorgung
Strukturwandel „Erzeugung folgt Verbrauch“ zu „Transport und Verbrauch folgt Erzeugung“
5
Massiver Zuwachs regenerative Einspeisung
Betriebsführungsaufgaben verändern sich grundlegend
SSM/NSM gehören zum Tagesgeschäft
HS
MS
NS
NS
Übertragungsnetz
Verteilnetz
Transformator Kraftwerk
Ortsnetz
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Speichermöglichkeit der Stromnetze
Ein Stromnetz selbst kann keine Energie speichern. In Deutschland ist eine Pumpspeicherleistung von etwa 7 GW (Gigawatt) installiert mit einer Gesamtspeicher-kapazität von etwa 40 GWh. Damit kann 10% der deutschen Last über 10 Stunden gedeckt werden. Auf der Erzeugungsseite ist es theoretisch und praktisch möglich, dass Wind und Sonne über 3 Wochen nahezu keinen Beitrag zur Deckung des Energiebedarfs leisten.
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Revision
Störung
Probleme:
Frequenzschwankungen
Spannungshaltung
Idee: n-1 Sicherheit
Glühlampe
1880
28.05.2014
Verbrauchsnahe Energieerzeugung
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Verbundnetz
Das Verbundnetz ist ein „Transportnetz“ geworden
Probleme:
n-1 Sicherheit
Spannungshaltung
Frequenzhaltung
EEG Energiemarkt
Stromhandel und
EEG reduzieren
verbrauchsnahe
Erzeugung
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
9
t
PRL SRL MRL
5 min – 15 min 0,5 min
Systemsicherheit erfordert ausreichende Regelleistungsreserven um auf Bilanzungleichgewichte
reagieren zu können.
Prognoseabweichungen
treten auf bei:
- EEG Einspeisung
- Lastentwicklung
- Netzverlusten
- KW-Fahrplänen
Regelleistungsarten:
Wirkleistung und
Frequenz
Blindleistung
und
Spannung
28.05.2014
Einsatz von Regelleistung zu Sicherstellung
der Frequenz und Energiebilanz
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Wann hat ein Energieungleichgewicht europäische
Dimensionen ?
10
• ±3000 MW PRL stabilisieren die Frequenz zwischen 49,8 und 50,2 Hz
• In Deutschland halten die ÜNB im NRV ca. ± 4000 MW SRL/MRL vor
28.05.2014
1500 MW - 2000MW
100 mHz
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Netzlast, Wind- und PV-Einspeisung in der
Regelzone TTG zu Ostern
Netzlast
Windeinspeisung
PV-Einspeisung
11
5000
10000
0
28.02.2014
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Risiko: Prognosefehler bei Last und reg.
Einspeisung
Der Prognosefehler ist proportional zur der installierten EE Leistung
14
Beispiel Photovoltaik
Einspeisung TenneT am
7. Oktober 2010
(installierte Leistung 7.100 MW)
Beispiel deutschlandweite
Windeinspeisung am
19. Oktober 2010
(installierte Leistung 26.300 MW)
0 MW
500 MW
1000 MW
1500 MW
2000 MW
2500 MW
3000 MW
3500 MW
07.10.10 00:00 07.10.10 03:00 07.10.10 06:00 07.10.10 09:00 07.10.10 12:00 07.10.10 15:00 07.10.10 18:00 07.10.10 21:00 08.10.10 00:00
PV-Ist-Hochrechnung
PV-Prognose
0 MW
2000 MW
4000 MW
6000 MW
8000 MW
10000 MW
12000 MW
14000 MW
16000 MW
18000 MW
18.10.10 00:00 18.10.10 12:00 19.10.10 00:00 19.10.10 12:00 20.10.10 00:00 20.10.10 12:00 21.10.10 00:00 21.10.10 12:00 22.10.10 00:00
Wind-Ist-Hochrechnung
Wind-Kurzfristprognose
2400 MW
2500 MW
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
28.05.2014
Erneuerbare Energien Gesetz I
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
Ins
tallie
rte
Ka
pa
zit
ät [M
W]
Biomasse, Wasserkraft Wind Solar
max. Last
80 GW
min. Last
35 GW
Erzeugung
140 GW
Prognostizierte Erzeugungsleistung
der Erneuerbaren Energien bis 2023
Wind- und Solareinspeisung in der
TenneT-Regelzone im Jahr 2013 (in MW)
Prognosegenauigkeit, Standort & Verfügbarkeit
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
Quelle: BMU nach Arbeitsgruppe
Neue Energien-Statistik (AGEE-Stat)
Quelle: TenneT
Kraftwerke und Übertragungsnetze
28.05.2014
Iq = U2/R2
IL = U2/RL
I = Iq + IL
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Mögliches Ergebnis:
Einschränkung
Auktionierter Grenzen
Vorbereitung Redispatch,
Counter-Trading, Cross-
Border-Redispatch
Vorgaben an Kraftwerke
(Anfahrverbot,
Abschaltverbot)
Engpassmanagement (Prognosen, DACF,
Lastflussrechnungen) Physische Lastflüsse resultierend aus dem Energiemarkt und EEG
SLO 1.550
Faktisch: Innerdeutscher
Engpass
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Winter working day 2012/13: high wind energy feed-In Physical flows after all remedial actions
1.88 0
.59
0.3
0
BE
-0.5
DE
8.1
NL
0.6
0.2
FR
-1.2
PL
-0.6
CZ
0.9
AT
-3.2 CH
2.6 0.2
UK
NO
DKW DKE
SE
Exchange in GW
Balance in GW 1.0
1.91
Even after extensive countermeasures
within Germany, there continue to be
very high cross-border load flows
Realised redispatch GW
Internal energy sales for
security reasons 2,0
Preventive redispatch 3,0
Local wind turbine
reduction 1,4
Conventional redispatch 1,2
Redispatch with reserve PP 2,5
Total 10,1
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Onshore (EEG Gesamt):
SH: aktuell: 3.800 MW
2015: 9.000 MW
NwNds* aktuell: 4.600 MW
2015: 8.350 MW
Offshore:
SH: aktuell: 0 MW
2015: 2.400 MW
NwNds* aktuell: 460 MW
2015: ca. 5.000 MW
Summe (Nordbereich TenneT)
aktuell ca. 10 GW
2015/17 ca. 20 GW ???
* NwNds (Nordwestliches Niedersachsen) umfasst Oldenburg und Stade
28.02.2014
Entwicklung der On- und Offshore-Einspeisung
aus EEG bis 2015
Veränderte Erzeugungslandschaft I
2011:
Biblis A 1.167 MW Neckarwestheim 1 785 MW
Unterweser 1.345 MW Isar 1 878 MW
Philippsburg 1 890 MW Brunsbüttel 771 MW
Biblis B 1.240 MW Krümmel 1.346 MW
2015: Grafenrheinfeld 1.275 MW
2017: Gundremmingen B 1.284 MW
2019: Philipsburg 2 1.392 MW
2021: Brokdorf 1.410 MW
Gundremmingen C 1.288 MW
Grohnde 1.360 MW
2022: Isar 2 1.400 MW
Neckarwestheim 2 1.310 MW
Emsland 1.329 MW
vor 2011
20.470 MW 12.048 MW
2011
10.773 MW 9.489 MW 8.097 MW 4.039 MW - 20.470 MW
2015 2017 2019 2021 2022
Nettoleistung Kernenergie
Etappen des Atomausstiegs bis 2022
Ingolstadt (772MW)
Irsching (2227MW)
Zolling (449MW)
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
DK
CH
50HzT
EnBW
TNG
NL
F
A
CZ
B
L TenneT
PL
Amprion
Transportbedarf 2020: > 20.000 MW
dena I und Netzertüchtigungen: 10.800 MW
dena II: weitere 9.600 MW
28.02.2014
Worum es geht: Netzstabilität, Markt und
Wettbewerb
28.02.2014
Preiszonen in Nordeuropa, 02.02.2012 09:45 Uhr
Absinkende Benutzungsdauern konv. KW
durch EEG
Nachfrage
Angebot
MW
-150 €/MWh 30 €/MWh
15.000
90.000
30.000
35.000
Börsenpreis
Steigende EE Leistung drängt konventionelle Kraftwerke aus dem Markt
Kern, Braun, Stein, Gas, Öl
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
28.05.2014
Energy Only Markt (EOM)
Durch sinkende Preise
am Markt lassen sich derzeit
keine ausreichenden Deckungs-
beiträge erwirtschaften
Hiervon sind auch mittel- und
langfristige lnvestitions-
entscheidungen für den Zubau
von Kraftwerkskapazitäten
betroffen
Da ein Teil der Marktteilnehmer keine Regelleistung bereitstellen muss,
nimmt die Volatilität und Kurzfristigkeit des EOM zu und konventionelle
Kraftwerke werden defizitär.
20
30
40
50
60
70
80
2008-1
2-2
9
2009-0
5-2
6
2009-1
0-1
4
2010-0
3-0
5
2010-0
7-2
7
2010-1
2-1
4
2011-0
5-0
5
2011-0
9-2
2
2012-0
2-1
3
2012-0
7-0
9
2012-1
1-2
7
2013-0
4-2
5
2013-0
9-1
7
Sett
lem
en
t P
rice [
€/M
Wh
]
Phelix Baseload Year Futures - Cal-15
Quelle: EEX
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Veränderte Erzeugungslandschaft II Zubau konventioneller Kraftwerke im TenneT Gebiet*
2013: Bremen swb 450 MW
2015: Haiming 900 MW
Waldeck 2 (PSW) 301 MW
2012: Wilhelmshaven 750 MW
nach 2015:
Stade 1.055 MW
Brünsbüttel 2 x 870 MW
Mecklar 1.100 MW
Staudinger 6 1.055 MW
Frankfurt 500 MW
* gemäß KraftNAV
2012 2013 2015 nach 2015
Ingolstadt (772MW)
Irsching (2227MW)
Zolling (449MW)
verzögert
im Plan
offen
offen, verzögert
abgesagt
fraglich
offen
fraglich
offen
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
44 Anträge auf Abschaltung liegen vor
Reserve power plants
Power plants to guarantee sufficient
redispatch reserves Power plant Capacity
KMW 2 337 MW
Staudinger 4 622 MW
Irsching 3 415 MW
GKM3 200 MW
HKW West / RDK7 50 MW
Reserve power plants in AT 937 MW
Total 2561 MW
In simulations, reserve power plants are used to remedy limit violations in case of
insufficient conventional redispatch potential from other power plants used on a
market basis.
In the first phase, last year’s reserve power plants are used in the analysis
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Risiko einer Großstörung nimmt zu
27
IntraDay Eingriffe der Netzführung
zur Gewährleistung der Netzsicherheit
Ein schlechter
Weg erhöht den
Stress für den
Fahrer
Die Übertragungsnetze sind keine Kupferplatte, sie basieren auf historisch
gewachsener verbrauchsnaher Erzeugung ohne Markt und EEG.
50 Hertz
Amprion
Jahr Tage Ereignisse
2003 2 2
2004 14 15
2005 51 51
2006 105 172
2007 185 387
2008 144 228
2009 156 312
2010 161 290
2011 308 998
2012 344 970
28.05.2014
IntraDay Eingriffe in den Lastfluss des TenneT (D) Netztes
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Netzsicherheit I
Schwarzstartfähigkeit:
Systemdienstleistung zum Netzwiederaufbau
Gewährleistet durch Anlagen wie Gasturbinen und Pumpspeicherkraftwerke
Geringe Beeinträchtigung durch KKW Abschaltung und EE Zubau
Blindleistung:
Systemdienstleistung zur „Spannungsstützung“ muss bedarfsgerecht und
lokal erzeugt werden
Gewährleistung durch konventionelle Kraftwerke oder spezielle
Betriebsmittel (Kompensationsspulen und Kondensatoren)
Beeinträchtigung durch KKW Abschaltung und EE Zubau
Neue konventionelle Kraftwerke am benötigten Standort (Süden)
Installation von Kompensationselementen durch die ÜNB
Durch den Kraftwerkspark zur Verfügung gestellte Systemdienstleistungen
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Netzsicherheit II
Durch den Kraftwerkspark zur Verfügung gestellte Systemdienstleistungen
Regelleistungseinsatz:
Systemdienstleistung zur Systembilanzsteuerung (Frequenzstabilität)
Gewährleistet durch konventionelle Kraftwerke die frei disponibel
Regelleistung zur Verfügung stellen können
Massive Beeinträchtigung durch KKW Abschaltung und EE Zubau
Zunehmende volatile Einspeisung durch steigenden EE Zubau macht
das Vorhalten von immer mehr Kapazitäten für den Einsatz von
Regelleistung notwendig
Kompensation entweder durch großen Kraftwerkspark oder neue
konventionelle Kraftwerke mit höheren Gradienten
Klasse statt Masse?
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Ersatzkraftwerke,
um ausreichend Energie bei geringer regenerativer Einspeisung
produzieren zu können
Regel- und Reservekraftwerke,
mit hohen Gradienten und kurzen Anfahrtszeiten
Speicherkraftwerke,
um Volatilitätszyklen der Erneuerbaren Energien abzupuffern
Fiktive „Kraftwerke“
aus Demand-Side-Management
28.05.2014
Anforderungen an den Kraftwerkspark der
Zukunft I
Kraftwerke und Übertragungsnetze
28.05.2014
Anforderungen an den Kraftwerkspark der
Zukunft II
Kostengünstige Kraftwerke (niedrige Kapitalbindung)
Kraftwerke am richtigen Fleck
falsche Verteilung gefährdet die Systemsicherheit
richtige Kraftwerksverteilung minimiert den Netzausbaubedarf
Kraftwerke und Übertragungsnetze
Notwendige konventionelle Mindesterzeugung
Maßgebliche Kriterien, die hierbei zu betrachten sind:
Spannungshaltung/Kurzschlussleistung
(n-1)-Sicherheit/Redispatchfähigkeit
Regelung der Systembilanz/Frequenzhaltung
weitere Aspekte
(Abnahme rotierender Massen, Versorgungswiederaufbau,
Beitrag aus Verteilnetzen, Beitrag aus EE-Anlagen, Einfluss
außergewöhnlicher Netzereignisse)
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze
Zusammensetzung des Strompreises Wesentliche Bestandteile des Strompreises in privaten Haushalte in Deutschland
33 Quelle: BDEW 2013
1) Durchschnittliches Netzentgelt inkl. Entgelte für Messung, Messstellenbetrieb und Abrechnung, kann regional deutlich variieren 2) durchschnittliche Konzessionsabgabe, variiert je nach Gemeindegröße
Grundlage für eine sichere Stromversorgung Der Bundesbedarfsplan für 2022
Ausarbeitung durch die
Bundesregierung, basierend auf
dem durch die Bundesnetzagentur
(BNetzA) bestätigten NEP
(Onshore/Offshore)
34
Maßnahme Länge
Optimierung in bestehenden Trassen
AC-Neubau:
AC-Umbeseilung:
DC-Stromkreisauflage:
2.100 km
1.100 km
300 km
Netzausbau in neuen Trassen
AC-Trassenausbau:
3 DC-Korridore
Übertragungsleistung:
Trassenlänge:
1.300 km
6,6 GW
1.600 km
Geschätzte Investitionen: 16 Mrd. €
Quelle: Bundesnetzagentur, http://nvonb.bundesnetzagentur.de/netzausbau/Zusammenfassung_2013.pdf, S. 19
Neue Verbindungen knüpfen Netzausbau in Deutschland
35
Gemeinsam
Erzeugung
Transport
28.05.2014 Kraftwerke und Übertragungsnetze