Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das ... · Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das Verteilnetz. Dr.-Ing. Enno Wieben. EWE NETZ GmbH

Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das

Verteilnetz

Dr.-Ing. Enno WiebenEWE NETZ GmbH

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Inhalt

2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer4

Netzintegration Erneuerbarer Energien2

Kurzvorstellung EWE 1

Was intelligente Netze brauchen…6

1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: eTelligence3

Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box4

33

Inhalt

Kurzvorstellung EWE 1

4

Versorgungsgebiet der EWE NETZ GmbH

Technische Kennzahlen des EWE Stromnetzes

-

Spannungsebenen: 20kV / 0,4kV

-

fast 100% verkabelt in beiden Spannungsebenen

-

Jahresspitzenlast: ca. 2GW

-

Installierte erneuerbare Einspeiseleistung: ca. 3,5GW

-

Mittlere jährliche Ausfallzeit je Kunde: 3min/a

-

146 Umspannwerke 110kV/20kV

66

Inhalt

Netzintegration Erneuerbarer Energien2

Erneuerbare in Deutschland

Quelle: BMU

8

Ziele: 2020 2030 2040 2050

Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch

18% 30% 45% 60%

Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung

35% 50% 65% 80%

Offshore Installierte Leistung 25 GW

Entwicklung des Primärenergieverbrauchs (ggü. 2008)

-20% -50%

Entwicklung des Stromverbrauchs (ggü. 2008) -10% -25%

Endenergieverbrauch im Verkehr (ggü. 2005) -10% -40%

Steigerung der Energieproduktivität pro Jahr 2,1%/a

Sanierungsrate für Gebäude (Gesamtbestand) 2%/a

Minderung der Treibhausgasemissionen (ggü. 1990)

-40% -55% -70% -80%

Anzahl Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen Ca. 1 Mio. Ca. 5 Mio.

Quantifizierte Ziele auf einen Blick

Politische Weichenstellungen – Ziele aus dem Energiekonzept

9

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

MW

EWE Netz

E.ON Netz

ausgewiesene Vorrangflächen4300

38143664

3484

Einspeisezusage (mit Angebot)Einspeisezusage (z. Teil in Bau)Stand 31.12.2009

Prognose

Entwicklung der Windenergie im Netzgebiet der EWE

10

Entwicklung der PV-Leistung in der Region Ems- Weser-Elbe

Bilanzleistung der EWE vom 1.10.2009 bis 30.9.2010

-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 20

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8Übergabeleistung Eon

Wirkleistung [GW]

Wah

rsch

einl

ichk

eits

dich

te [1

/GW

]

Konsequenz: Umkehr der Lastflussrichtung

Konsequenz: Grundlegender Wandel der Lastflüsse

Gestern: Heute:

U > 1.05 pu

U <0.98 pu

RR71

RR72

1x500 kW

RR21

RR0B

110 kV

RR0C

UW BremervördeT122

RR22

SAEbersdorf

RR024x150 kW1x600 kW

4x1800 kW 3x900 kW

4x600 kW

3x600 kW

RR41

RR42

RR31

SAMulsum

SAElm

3x165 kWG

RR53 RR51

SASelsingen

2x75 kW1x140 kW4x600 kW

3x300 kW

2x250 kW

1x536 kW

G

G

G

G

24.7 km

30.3 km21.7 +

26.3km

17.5 + 11.9 +

17.4 km

18.6 + 20.9 km

6.4 km

1. ProblemBeispiel für die neuen Lastflüsse im Netz: EWE

MS-Netz Bremervörde

1515

Inhalt

1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: eTelligence3

Was ist eTelligence?

Das FuE-Projekt „eTelligence“ ist ein Gewinner des BMWi-Technologiewettbewerbs „E-Energy“.

gefördert durch das

17

Akteure im Smart Grid: Das eTelligence-Szenario

Das eTelligence-Ziel

Demonstration und Erprobung: Regionales Energieversorgungssystem der Zukunft•

Hoher Anteil Erneuerbarer Energien

•

Intelligente Systemintegration von Erzeugern und Verbrauchern mittels moderner IKT

•

Gesamtlösung: Einbindungen aller Verbraucher und Erzeuger

•

Zukunftsfähigkeit-

Liberalisierungskonform

-

Effiziente Integration der Erneuerbaren Energien•

Optimierung des Energiepolitischen Dreiecks

(Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit)

19

Vom Verbraucher zum aktiven Marktteilnehmer

eTelligence demonstriert mit ausgewählten Gewerbekunden:

•

technische Machbarkeit-

Prognose von Verbrauch und Lastverschiebepotential

-

Eingriff in die Steuerungstechnik-

Umsetzung des optimierten Fahrplan mittels Fernsteuerung

•

wirtschaftlichen Nutzen-

Ankopplung an bestehende

Märkte (z.B. EEX)-

Kennenlernen der neuen Prozesse

-

Konzeption zukünftiger Energieprodukte

2020

Inhalt

2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer4

Hintergrund

Erwartungshaltung:Elektromobilität hat das Potential die Stromversorgungsnetze vor ähnliche

technische Herausforderungen zu stellen, wie die durch das EEG und KWKG geförderte dezentrale Energieerzeugung:

Zielstellung / Herausforderung:Eine möglichst Kostenoptimale und Energieeffiziente Integration der

Ladeinfrastruktur in die Stromversorgungsnetze, d.h. Vermeidung von Netzausbau und bestmögliche Nutzung regenerativer Energien.

Potentialabschätzung:

40 Mio PKW,

15.000km / a, 0,2 kWh/km 120 TWh

Aber vollständig im Verteilnetz!

Komponenten der Netzintegration von Elektrofahrzeugen

23

Wichtig: Berücksichtigung der Netzinfrastruktur

Beispiel: ausschließlich marktgetriebene Elektromobilität führt zur Überlastung der Verteilnetze!

20 kV

1 kV

16:00

18:0017:0019:00

2:00

EEX Spot

Spannungshaltung eines Niederspannungsnetzes bei ungesteuertem Laden

Quelle: EWE NETZ, Bachelorarbeit Rainer Fennen

Bewertung:Bereits ab 25%

Elektrofahrzeuge wird in diesem Netz

Ausbau notwendig

Spannungshäufigkeit Land (abends)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1

Netzspannung Übergabestelle bezogen auf Un

kumulierte An

zahl der Kun

denanschlüsse in [%

]

75%

50%

25%

0%

Zeitliche Entwicklung der Netzintegration von Elektrofahrzeugen

Ausdehnung

Zeit

NS-NETZ

MS-NETZ

HS-NETZ

HöS-NETZ

Regelzone

Verbundnetz

Testfahrzeuge Einzelfahrzeuge

am Hausanschluss

Fuhrparks an

MS-Ladestationen

Privatfahrzeuge & Fuhrparks an

verschiedensten MS-Stationen

Projekt GridSurfer | Seite 26

Anforderungen in der MittelspannungWiederholung aller DEA-Probleme in Mittelspannungsnetzen?

Technische Anforderungen an MS-Ladestationen zur Vermeidung der Probleme

• Spannungshaltung (statisch und dynamisch)

• Auslastung von Betriebsmitteln, insbesondere von Umspannern

• Betriebsführung

• Schutzkriterien

20 kV

P+jQ

1. Grenzleistung

Q

P

2. speziell STATCOM

Q

P

3. Q-Dynamik (Spannungsregelung)

t

Qt

= 50 -

100 ms

t

P

4. P-Dynamik (Regelenergie)

t

= 200 -

500 ms (Primärreserve)t

= 50 -

100 ms (Spinning Reserve)

5. BDEW 2008

t

U

Schlussfolgerung: Nutzung von „Kraftwerkseigenschaften“, wie sie beispielsweise moderne WEA bereits heute bieten!

6. Netzleitstelle

NEXT|ENERGY: Batteriewechselstation

Technische Daten●Energiespeicherung und Netz‐Rückspeisung

●Speicherkapazität:6 Akkus à 30 kWh = 180 kWh

●Ladeumformerleistung:6 x 60 kW = 360 kW

●Netzintegration mitFACTS‐Eigenschaften(Flexible AC Control System)

●Netzregelung durch definierte Blindleistungseinspeisung

2828

Inhalt

Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box4

•

zeitvariabler Stromtarif•

zeitvariabler Erdgastarif

•

Telefon-

und DSL-Flat*

•

smartbox: der intelligente DSL-Router•

Webportal

•

Monats-Check •

Display**

* Bündelung mit DSL-

oder LWL-Produkt der EWE TEL GmbH

** optional

Das Produktpaket seit Februar 2011

EWE trio smartbox geht an den Start

29

Die Intelligenz des technischen Systems sitzt in der smartbox, einem speziell modifizierten DSL-Router

30

Webportal

DSL-Router

Strom-

und Erdgaszählermobiles Display

EWE trio smartbox im Kundenhaushalt

Die Komponenten sorgen für Transparenz und ermöglichen die Optimierung des Energiehaushalts

31

Webportal Monats-Check Display

Zum ersten Mal kann der Energieverbrauch gesehen, verstanden und bewusster beeinflusst werden

32

Visualisierung des Energieverbrauchs

•

Energie aus einer neuen Sicht

•

Energiedaten jederzeit im Blick (Verbrauch, Kosten, CO2-Emission)

•

Aktives Sparen durch verändertes Energiebewusstsein und -verhalten

Zeitvariable Tarife für Strom und Erdgas

•

Möglichkeit der zeitlichen Verschie-

bung von Strom-

und Gasverbrauch

•

nur geringe Komforteinbußen durch großzügige Sparzeit (64% der Wochenzeit)

Neue innovative Technik

•

Teilnahme an Energiewelt der Zukunft

•

Intelligente smartbox als Basis für zukünftige Erweiterungen

•

smartes Touchscreen-Display

Visualisierung der CO2-Emission

•

Transparenz steigert Umweltbewusstsein

•

persönlicher Beitrag zur CO2-

Reduzierung nachvollziehbar

3333

Inhalt

Was intelligente Netze brauchen…6

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Smart Meter liefern wertvolle Messdaten zur Spannungshaltung und Auslastung

Voraussetzung für neue Netzregelungskonzepte zur effizienten Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen und Elektrofahrzeugen

35

Qualitative Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von „Smart Grids“

35

Dezentralisierung der Energieerzeugung

volk

swirt

scha

ftlic

he K

oste

n

„klassischer“

Netzausbau

Smart Grids

36

Optimales Netzleistungsniveau

Ein auf kurz auftretende Last-

bzw. Einspeisespitzen ausgerichtetes (überdimensioniertes) Netz ist aus ökonomischer Sicht nicht

sinnvoll

Grenznutzen der Kapazitätserweiterung steht in einem Missverhältnis zu den Grenzkosten des Netzausbaus

Kosten/

Nutzen

Wohlfahrtsverlust

Optimum

Grenznutzen einer höheren Leistungsfähigkeit des Netzes

Grenzkosten der Kapazitätserweiterung

Leistungsfähigkeit des Netzes

Fläche = Häufigkeit x Dauer

37

Betriebsmittelauslastung im Smart Grid

klassischer Netzausbau

Wahrscheinlichkeit p(S)

Smart-Grid

Pfringstnachmittag:Kaum Last, viel Sonne

Fussball-WM, Regen

Scheinleistung S / MVA

38

Intelligente Netze von Morgen brauchen …

•

Investitionsanreize und Investitionssicherheit•

F&E-Tätigkeiten der Akteure (insbesondere Netzbetreiber)

Aktualisierung des derzeitigen Ordnungsrahmens•

Garantierten Zugang des Netzbetreibers zu relevanten Messdaten und Kostenanerkennung durch die Regulierung

•

Smart Meter erfassen für Netzführung wichtige Spannung

Vermeidung von doppelter Infrastruktur und „stranded investments“

für Messtechnik und Kommunikationsanbindungen

•

eine gesamtwirtschaftliche Betrachtungsweise•

Bereitstellung einer „Kupferplatte“

durch den Netzbetreiber ist gesamtwirtschaftlich nicht sinnvoll

•

Randbedingungen des Netzbetriebes müssen in marktgetriebene Optimierung einfließen

•

EEG-Ausbau verursacht im Verteilnetz Kosten, die durch Smart Grid-Konzepte volkswirtschaftlich vermindert werden können.

BDEW-Kongress

2010 −

Intelligente Messsysteme_Torsten

Maus 39

KONTAKTEWE NETZ GmbHCloppenburger Straße 30226131 OldenburgTel. 0441 4808-0www.ewe-netz.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.