Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das Verteilnetz - Dr.-Ing. Enno Wieben EWE NETZ GmbH
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Integration von dezentralen
Erzeugungsanlagen in das
Verteilnetz
Dr.-Ing. Enno Wieben
EWE NETZ GmbH
Inhalt
1 Kurzvorstellung EWE
2 Netzintegration Erneuerbarer Energien
3 1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: eTelligence
4 2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer
4 Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box
6 Was intelligente Netze brauchen…
2
Inhalt
1 Kurzvorstellung EWE
3
Versorgungsgebiet der
EWE NETZ GmbH
4
Technische Kennzahlen des EWE Stromnetzes - Spannungsebenen: 20kV / 0,4kV - 146 Umspannwerke 110kV/20kV - fast 100% verkabelt in beiden Spannungsebenen - Jahresspitzenlast: ca. 2GW - Installierte erneuerbare Einspeiseleistung: ca. 3,5GW - Mittlere jährliche Ausfallzeit je Kunde: 3min/a
Inhalt
2 Netzintegration Erneuerbarer Energien
6
Erneuerbare in Deutschland
Quelle: BMU
Politische Weichenstellungen – Ziele aus dem
Energiekonzept
Quantifizierte Ziele auf einen Blick
Ziele: 2020 2030 2040 2050
Anteil erneuerbarer Energien am 18% 30% 45% 60%
Bruttoendenergieverbrauch
Anteil erneuerbarer Energien an der 35% 50% 65% 80%
Stromerzeugung
Offshore Installierte Leistung 25 GW
Entwicklung des Primärenergieverbrauchs (ggü. -20% -50%
2008)
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. -40% -55% -70% -80%
1990)
Anzahl Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen Ca. 1 Mio. Ca. 5 Mio.
8
Entwicklung der Windenergie im Netzgebiet der
EWE
MW
4500 ausgewiesene Vorrangflächen
4300
4000
Einspeisezusage (mit Angebot)
3814
Einspeisezusage (z. Teil in Bau)
3664
Stand 31.12.2009
3500 E.ON Netz
3484
3000
EWE Netz
2500
Prognose
2000
1500
1000
500
0
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
9
Entwicklung der PV-Leistung in der Region Ems-
Weser-Elbe
10Bilanzleistung der EWE vom 1.10.2009 bis 30.9.2010
Übergabeleistung Eon
0.8
0.7
Wahrscheinlichkeitsdichte [1/GW]
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
Wirkleistung [GW]Konsequenz: Umkehr der Lastflussrichtung
Konsequenz: Grundlegender Wandel der Lastflüsse Gestern: Heute:
1. Problem
Beispiel für die neuen Lastflüsse im Netz: EWE
MS-Netz Bremervörde
110 kV
6.4 km
UW Bremervörde 4x1800 kW 3x900 kW
T122
RR0B RR0C
RR71 RR02 RR53 RR51 RR41 RR31 RR21 RR22
4x150 kW
1x600 kW
3x165 kW
U < G
4x600 kW
0.98 pu
3x600 kW
SA
2x75 kW
G
1x140 kW Ebersdorf
RR72
4x600 kW SA
Mulsum
18.6 + 20.9 km
G 1x536 kW
1x500 kW SA
G 2x250 kW 17.5 +
Selsingen 11.9 +
G 3x300 kW SA
17.4 km
Elm
24.7 km
21.7 +
U > 1.05 pu RR42
30.3 km
26.3kmInhalt
3 1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: eTelligence
15Was ist eTelligence?
Das FuE-Projekt „eTelligence“ ist ein Gewinner
des BMWi-Technologiewettbewerbs „E-Energy“.
gefördert durch dasAkteure im Smart Grid:
Das eTelligence-Szenario
17Das 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)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
19Inhalt
4 2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer
20Hintergrund
Erwartungshaltung:
Elektromobilität hat das Potential die Stromversorgungsnetze vor ähnliche
technische Herausforderungen zu stellen, wie die durch das EEG und KWKG
geförderte dezentrale Energieerzeugung:
Potentialabschätzung:
40 Mio PKW, 15.000km / a,
0,2 kWh/km 120 TWh
Aber vollständig im Verteilnetz!
Zielstellung / Herausforderung:
Eine möglichst Kostenoptimale und Energieeffiziente Integration der
Ladeinfrastruktur in die Stromversorgungsnetze, d.h. Vermeidung von
Netzausbau und bestmögliche Nutzung regenerativer Energien.Komponenten der Netzintegration von Elektrofahrzeugen
Wichtig: Berücksichtigung der Netzinfrastruktur
Beispiel: ausschließlich marktgetriebene Elektromobilität führt zur
Überlastung der Verteilnetze!
20 kV
EEX Spot
1 kV
2:00
16:00
19:00 17:00
18:00
23Spannungshaltung eines Niederspannungsnetzes
bei ungesteuertem Laden
Spannungshäufigkeit Land (abends)
100
kumulierte Anzahl der Kundenanschlüsse in [%]
90
80
70
60
50 75%
50%
40 25%
0%
Bewertung: 30
20
Bereits ab 25%
10
Elektrofahrzeuge wird
0
in diesem Netz 0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1
Ausbau notwendig Netzspannung Übergabestelle bezogen auf Un
Quelle: EWE NETZ, Bachelorarbeit Rainer FennenZeitliche Entwicklung der Netzintegration von
Elektrofahrzeugen
Ausdehnung
Verbundnetz
Regelzone
HöS-NETZ
HS-NETZ
MS-NETZ
NS-NETZ
Testfahrzeuge Einzelfahrzeuge Fuhrparks an Privatfahrzeuge & Fuhrparks an
Zeit
am Hausanschluss MS-Ladestationen verschiedensten MS-StationenAnforderungen in der Mittelspannung
Wiederholung aller DEA-Probleme in Mittelspannungsnetzen?
• Spannungshaltung (statisch und dynamisch)
• Auslastung von Betriebsmitteln, insbesondere von Umspannern
• Betriebsführung
• Schutzkriterien
Technische Anforderungen an MS-Ladestationen zur Vermeidung der Probleme
1. Grenzleistung 3. Q-Dynamik (Spannungsregelung) 5. BDEW 2008
P
Q
t = 50 - 100 ms
U
Q t
t
P+jQ 2. speziell STATCOM 4. P-Dynamik (Regelenergie) 6. Netzleitstelle
t = 50 - 100 ms (Spinning Reserve)
t
20 kV
P = 200 - 500 ms (Primärreserve)
P
Q
t
Schlussfolgerung: Nutzung von „Kraftwerkseigenschaften“,
wie sie beispielsweise moderne WEA bereits heute bieten!
Projekt GridSurfer | Seite 26NEXT|ENERGY: Batteriewechselstation
Technische Daten
●Energiespeicherung und Netz‐
Rückspeisung
●Speicherkapazität:
6 Akkus à 30 kWh = 180 kWh
●Ladeumformerleistung:
6 x 60 kW = 360 kW
●Netzintegration mit
FACTS‐Eigenschaften
(Flexible AC Control System)
●Netzregelung durch definierte
BlindleistungseinspeisungInhalt
4 Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box
28EWE trio smartbox geht an den Start
Das Produktpaket seit Februar 2011
• 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
29Die Intelligenz des technischen Systems sitzt in der
smartbox, einem speziell modifizierten DSL-Router
EWE trio smartbox im Kundenhaushalt
Webportal
DSL-Router
mobiles Display
Strom- und Erdgaszähler
30Die Komponenten sorgen für Transparenz und
ermöglichen die Optimierung des Energiehaushalts
Webportal Monats-Check Display
31Zum ersten Mal kann der Energieverbrauch gesehen,
verstanden und bewusster beeinflusst werden
Visualisierung des Energieverbrauchs Neue innovative Technik
• Energie aus einer neuen Sicht • Teilnahme an Energiewelt
• Energiedaten jederzeit im Blick der Zukunft
(Verbrauch, Kosten, CO2-Emission) • Intelligente smartbox als Basis für
• Aktives Sparen durch verändertes zukünftige Erweiterungen
Energiebewusstsein und -verhalten • smartes Touchscreen-Display
Zeitvariable Tarife für Strom und Erdgas Visualisierung der CO2-Emission
• Möglichkeit der zeitlichen Verschie- • Transparenz steigert
bung von Strom- und Gasverbrauch Umweltbewusstsein
• nur geringe Komforteinbußen durch • persönlicher Beitrag zur CO2-
großzügige Sparzeit (64% der Reduzierung nachvollziehbar
Wochenzeit)
32Inhalt
6 Was intelligente Netze brauchen…
33Smart Meter liefern wertvolle Messdaten zur
Spannungshaltung und Auslastung
Voraussetzung für neue Netzregelungskonzepte zur effizienten Integration
von dezentralen Erzeugungsanlagen und Elektrofahrzeugen
34Qualitative Abschätzung der Wirtschaftlichkeit
von „Smart Grids“
volkswirtschaftliche Kosten
„klassischer“ Netzausbau
Smart Grids
Dezentralisierung der Energieerzeugung
35
35Optimales 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 Grenznutzen einer höheren Grenzkosten der
Leistungsfähigkeit des Netzes Kapazitätserweiterung
Wohlfahrtsverlust
Leistungsfähigkeit
des Netzes
Optimum
36Betriebsmittelauslastung im Smart Grid
Wahrscheinlichkeit p(S)
Smart-Grid
klassischer Netzausbau
Fläche = Häufigkeit x Dauer
Pfringstnachmittag:
Kaum Last, viel Sonne
Fussball-WM, Regen
Scheinleistung S / MVA
37Intelligente 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.
38Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. KONTAKT EWE NETZ GmbH Cloppenburger Straße 302 26131 Oldenburg Tel. 0441 4808-0 www.ewe-netz.de BDEW-Kongress 2010 − Intelligente Messsysteme_Torsten Maus 39
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