ANHANG FÜR DAS KURZGUTACHTEN PSW ALS ...äch.de/cms/wp...2012/10/29 · (Art. 194) Legende: konform Konformitätsbedürftig BKM (Bilanzkreismanagement) EEG Energiewende Anlage Nr

ANHANG

FÜR DAS KURZGUTACHTEN

PSW ALS BIPOLARER

SYSTEMSTABILISATOR

NeldnerConsult System- und Elektrizitätsnetzberatung Dregerhoffstrasse 112 12557 Berlin www.neldnerconsult.eu [email protected]

29.10.2012 NeldnerConsult- System-und

Elektrizitätsnetzberatung 1

Markt

Umwelt

SoS

(Energieversorgungs-

sicherheit)

Markt

Umwelt

SoS

Markt

Umwelt

SoS

oder

1990 1998 2011 2015

Grundlage

EU-Vertrag von Lissabon

(Art. 194)

Legende: konform

Konformitätsbedürftig

BKM (Bilanzkreismanagement)

EEG

Energiewende

Anlage Nr. 1:

Die Qualitätsentwicklung der EU-Grundziele des

Elektrizitätssystems in Deutschland

29.10.2012 2 NeldnerConsult- System-und

Elektrizitätsnetzberatung



€ oder €

§§

der Mensch die Regulierung

Anlage Nr. 2.1:

Die Elektrizitätssystem sind nicht nur in technisch-

technologischer Hinsicht sehr komplex

Elektrizitätsgeschäft (der Markt von Heute): Ziel: Elektrizitätshandel ohne Barrieren, freier Zugang

Grundlage: Bilanzkreismanagement /BKM

Wer: BKV‘s (ÜNB = BKO)

Anlage Nr. 2.2:

Das Elektrizitätsversorgungssystem(EVS)-Physik und Geschäft

29.10.2012 4

Ein komplexes Zusammenspiel !

Börsen-Aufsicht

Kontrolle und Aufsicht: EU: EU- Vertrag(Art.194)

Bund: BMWi (EnWG), BMU (EEG), BMI (krit. Infrastruktur), Kartellamt, Zollamt

Länder: Energieaufsicht, Katastrophenschutz (Umwelt-, Altlasten, Verkehrssicherung, Brandschutz, TÜV)

Physik (stabiles Gesamtsystem und Basis des EVS): Ziel: SoS P(MW), 50 Hz U(kV), 0,4-380 kV Stabilität,u.a.:(n-1) Garantie Europa/D-Verbundbetrieb: robust Grundlage: Kirchhoff u.a. Wer: TSO‘s/ DSO‘s

Regulierung: - Tarife - Qualität

Grundlage: - EnWG - NEV - NZV

Netzkunden EEG-Abwicklung(der Markt von morgen?) Ziel: Klimaschutz Entwicklung/ Integration/Subvention EE Grundlage: EEG Wer: EE-Betreiber, BKV, DSO, ÜNB

EEG-Aufsicht???

NeldnerConsult- System-und


5

SOS-Kriterien:

1. Überall Spannung (0,4 – 380 kV)

2. Stabile Frequenz (50 Hz)

3. Keine Überlast im Netz

4. Erhalt des Stromverbundes in

Europa und Deutschland

Min = 30 GW

Max = 80 GW

Elektrizitätsnetz

Export/Import

max. 15

GW

! Speicher

marktabhängig

Fahrplan/Technologie

Tageszeit

KMU Industrie Haushalte

100% Fahrplan

(BKM)

EE-Vorrang! Min ?

EE-Erzeug. Konvent. Erzeuger

0%



Anlage Nr. 2.3:

Schema des deutschen EVS und technische

Grundanforderungen

6

Min = 30 GW

Max = 80 GW

Elektrizitätsnetz

Export/Import

max. 15 GW

! Speicher

marktabhängig

Fahrplan/Technologi

e Tageszeit

KMU Industrie Haushalte

Fahrplan (BKM)

EE-Vorrang!

Min

EE-Erzeug. Konvent. Erzeuger

0%



Handeln der Akteure und

„ihrer“ Behörden auf der Basis

von Vorschriften und Regelungen

zur Gewährleistung der Ziele und

Anforderungen für das EVS

0%

85%

Anlage Nr. 2.4:

Schema das EVS und die zuständigen Akteure

7

ÜNB 3

EVS

RZ 1 RZ 2 RZ 3

ÜNB 2

ÜNB 1

ÜNB 4

RZ 4

Ausregelung jeder RZ durch den regelzonenverantwortlichen ÜNB(Regelverbund)

Erhaltung des Verbund- (u. Solidar-) Betriebes (mit Partnern) via Verbindungsleitungen und Kooperation/Koordination (horizontale Kooperation)

Gewährleistung Stress-, Stör-, Inselbetrieb und Neustart (mit EVS-Akteuren)

enge Zusammenarbeit mit VNB‘s (vertikale Kooperation)



Anlage Nr. 2.5:

Einige wesentliche Bestandteile: Regelzonen(RZ)

29.10.2012 8

? sicher „System-stabilisatoren“

z.B. PSW

Anlage Nr. 2.6:

Ein sicheres EVS wird durch regelzoneninterne

„Systemstabilisatoren“ abgestützt und abgefedert





PSW sind einsetzbar bei

a) der Erzeugung elektrischer Leistung (Generatorbetrieb)

b) dem Verbrauch elektrischer Leistung (Pumpbetrieb)

c) der Speicherung von Elektrizität

d) der Spannungsregelung

e) dem „Schwarzstart“(ohne Fremdenergie) u.a. Dienstleistungen

1 – Unterbecken

2 – Oberbecken

Pumpen und Generatoren

sind im Berg (Kaverne)

1

2

Quelle: Dow Jones, Energy Weekly, Nr. 15, Freitag, 13. April 2012.

Anlage Nr. 2.7:

Pumpspeicherwerke (PSW) – extrem schnell und

zuverlässig bei der Systemsicherung

29.10.2012 10

Quelle: Vattenfall Europe: Pumpspeicherwerk Goldisthal, 2003, S.1.

Anlage Nr. 2.8:

Pumpspeicherwerk Goldisthal



29.10.2012 11


Anlage Nr. 2.9:

Pumpspeicherwerk Goldisthal – technische Daten



29.10.2012 12


Anlage Nr. 2.10:

Pumpspeicherwerk Goldisthal – Luftbildmontage/Funktion





Anlage Nr. 3:

Technologien und Reichweiten potenzieller Speicher-

möglichkeiten (Quelle: VNG Gasspeicher GmbH, Vortrag bei der dena-Energiekonferenz)

29.10.2012 14

Quelle: Coreso News, Weekly report, 2012 week 32 - 03/08/2012 till 09/08/2012, S. 03; zitiert nach: http://www.transparency.eex.com/de/

Anlage Nr. 4:

Die Produktion der EE-Kraftwerke ist nicht last-, sondern

strikt naturgebunden (!), mitunter ergibt die Addition ein

Supermaximum, mitunter nur „Null“



29.10.2012 15

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

50Hertz Amprion Enbw Tennet DE Forecast DE

Max Min

Eine EE-Maximaleinspeisung von 29000 MW am 11.5.12, um

13Uhr (das sind fast 100% der Minimallast und 36% der Höchstlast

Deutschlands) stand eine EE-Minimalleistung von 650 MW am

13.5.12, um 20.45 Uhr gegenüber (das sind 2% der Minimallast und

0,8% der Höchstlast). Quelle : CORESO, Brüssel

Anlage Nr. 5:

Summe von PV und Wind vom 11.5. – 18.5.2012





EVS (nicht reguliert)

Netze (reguliert)

Normalbetrieb

Stress-Betrieb (Frühwarnung)

Stör-Betrieb (Alarm)

Teil-/Totalausfall (Notfall)

Wiederaufbau (Schwarzstart)

Achtung: Differenziert zuständige Bundes- und

Landesbehörden je nach Betriebszustand, territorialer

Zuordnung und Sonderfestlegung im Krisen- und

Katastrophenfall

Markt

Restriktion (Eingriffe des

ÜNB(VNB‘s)

Anlage Nr. 6:

Betriebszustände im operativen (Netz-)Betrieb großer EVS

1) Start und Ende wie auch Leistungshöhe der Windstrom-Produktion sind naturgebunden

2) Bei den Offshore-Anlagen der Nord- und Ostsee ist sowohl eine deutlich höhere energetische Ausbeute als auch eine größere Stetigkeit vorhanden.



P

Tag 1 Tag 2 Tag 3

Installierte Wind-Leistung

Lang anhaltende

Starkwindfront

P

Tag 1 Tag 2 Tag 3


durchziehende Sturm-

Spitzen

P

Tag 1 Tag 2 Tag 3


anhaltende Flaute

Anlage Nr. 7.1:

Typische Charakteristika der „Windstrom-Produktion“

Mittels Aufnahme der Spitzenenergie kann zeitversetzt Basis-Energie dem System zugeführt werden.

Beispiel PSW:

Für den sehr häufig auftretenden Fall der „durchziehenden Sturmspitzen“ ist ein PSW hervorragend geeignet. Für anhaltende Windfronten und Flauten ist ein PSW-Einsatz wegen der begrenzten Arbeitsverfügbarkeit nur bedingt möglich.



P Installierte Wind-Leistung

P Installierte Wind-Leistung

Z

Z

Anlage Nr. 7.2:

Komplementäre Einrichtungen für die Windstrom-Kraftwerke

1) Täglicher Produktionsstart und -ende folgt strikt der Erdrotation und variiert etwas zwischen Sommer und Winter

2) Die Leistungshöhe der Produktion ist im Echtzeitbetrieb (noch) nicht vorhersehbar und variiert von 0 bis Produktions-Maximum.



A)

P

Tag 1 Tag 2 Tag 3

0 0 0

Installierte PV-Leistung

P

Tag 1 Tag 2 Tag 3

0 0 0


B) „mit

Bewölkung“

Anlage Nr. 7.3:

Typische Charakteristika der Sonnenstrom-Produktion

und möglichen komplementären Einrichtungen



3) Eine komplementäre Einrichtung würde Spitzenenergie aufnehmen, zwischenspeichern und als Basis-Energie abgeben

P

Tag 1 Tag 2 Tag 3


Fazit:

Aufgrund des 12-h-Rhythmus bei der PV- Produktion sind u.a. Pumpspeicherwerke (PSW) mit ihrer Arbeitsverfügbarkeit von 8-14 Stunden prädestiniert als komplementäre Einrichtung („Veredelungsmaschine“) für Sonnenstrom.

Anlage Nr. 7.4:

Typische Charakteristika der Sonnenstrom-Produktion

und möglichen komplementären Einrichtungen (wie PSW)

Pumpspeicherkraftwerke als etablierte Technologie seit

über 80 Jahren

(Köpfchenwerk, Niederwartha 1929, Vianden 1964, Wehr

1976, Markersbarch 1979, Goldisthal 2003)

Wesentliche Innovationen im Lauf der Entwicklung von

PSW

• Einführung von reversiblen Pumpturbinen: Pumpe

und Turbine in einem Bausatz, Vertikale Anordnung,

dadurch wesentliche Kostenvorteile

• Fortschritte in der Ausbruchtechnologie für die

Wasserwege: Bohrmaschinen für große Durchmesser,

Vertikalbohrtechnologie

• Asynchrontechnologie: drehzahlgeregelte Maschinen,

bessere Regelbarkeit im Pumpbetrieb und höhere

Wirkungsgrade im Turbinenbetrieb, größere

Lamellenhöhen

Quelle: www.hydroprojekt.de , Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH

Anlage Nr. 8.1:

Stand der Technik von PSW





Quelle: www.hydroprojekt.de , Hydroprojekt Ingenieurgesellschaft mbH

Anlage Nr. 8.2:

Bestehende PSW in Thüringen

Vattenfall Standorte

> 100 MW

Anlage Nr. 9:

Pumpspeicherwerke in Deutschland Quelle: VE AG



4000

3000

7000 MW installierte Leistung in PSW in Deutschland [MW]

Andere Vattenfall

Endenergieverbrauch 2009 Stromverbrauch 2009

Quelle

: A

G E

nerg

iebila

nzen

Deutschland gesamt: 492,4

Mrd. kWh

Industrie (inkl.

Landwirtschaft)

45 %

Verkehr

3 %

Haushalte 28 %

Gewerbe, Handel,

Dienstleistungen

24 %

Quelle

: B

DE

W

Deutschland gesamt: 297,3

Mio. t SKE

Industrie (übr. Bergbau

und verarb. Gewerbe)

26 %

Verkehr 29 %

Haushalte 29 %

Gewerbe, Handel,

Dienstleistungen

16 %

Quelle: VE AG Bergbau & Stromversorgung | Klaus Aha |



Anlage Nr. 10:

Deutschland als sehr starker Industriestaat braucht

eine sichere Stromversorgung!!

• Kompletter KKW-Ausstieg in Deutschland bis 2022

Grafenrheinfeld 1.275 MW 2015

Gundremmingen B 1.284 MW 2017

Philippsburg 2 1.392 MW 2019

Grohnde 1.360 MW 2021

Brokdorf 1.410 MW 2021

Gundremmingen C 1.288 MW 2021

Isar 2 1.410 MW 2022

Neckarwestheim 2 1.310 MW 2022

Emsland 1.329 MW 2022

German NPPs to be decomissioned

until 2022 (∑ 12.058 MW): year

Anlage Nr. 11:

Entscheidungen der Energiewende Quelle: 50Hertz



Energiekonzept von September

2010:

•...es geht um die Transformation

•der Gesamtheit des Systems,

•von der Erzeugung über das Netz,

•die Speicher die Verbundleitungen

•Bis zum Verbrauch….

Anlage Nr. 12:

Energiekonzept der Bundesregierung:

Betrachtung des ganzheitlichen EVS erforderlich!


Elektrizitätsnetzberatung 29.10.2012 26

27

S

S

stabil Hohe Gefahr!!!

Stabilisierung? oder Rettung? oder Absturz und Wiederaufbau



Anlage Nr. 13:

Das System – stabil und in Gefahr

TITEL XXI. Energie

Artikel 194(Europäische Energiepolitik;Ziele und Maßnahmen)

(1) Die Energiepolitik der Union verfolgt im Geiste der Solidarität zwischen den

Mitgliedstaaten im Rahmen der Verwirklichung oder des Funktionierens des

Binnenmarkts und unter Berücksichtigung der Notwendigkeit der Erhaltung und

Verbesserung der Umwelt folgende Ziele:

a) Sicherstellung des Funktionierens des Energiemarkts;

b) Gewährleistung der Energieversorgungssicherheit in der Union;

c) Förderung der Energieeffizienz und von Energieeinsparungen sowie Entwicklung neuer und erneuerbarer Energiequellen und

d) Förderung der Interkonnektion der Energienetze.



Anlage Nr. 14:

EU-Vertrag von Lissabon,

1. Dezember 2009: Rahmensetzung Quelle 50 Hertz


Elektrizitätsnetzberatung 29.10.2012 29

Anlage Nr. 15:

Zusammenarbeit der Akteure unter Stör-Einfluss, Quelle: VE.T/50 Hertz

• eine zügige Anbindung des deutschen Stromnetzes an das Netz in Norwegen, wo es große Mengen ungenutzter Wasserkraft gibt

• zur Absicherung der Energiewende • erforderlichen Milliardeninvestitionen durch die

KfW-Bank • Berlin rechnet sich gute Chancen aus:

– das erste Kabel nach Deutschland – das zweites nach Großbritannien – das dritte nach Deutschland Investitionskosten 1,5 – 2 Milliarden Euro

• Strom würde mal nach Norden, mal nach Süden fließen:

– „Norwegen würde die überschüssige Windenergie aus Deutschland nutzen Wasser in seinen Reservoirs sparen und zurückzahlen, wenn der Wind über Deutschland nicht bläst und die Sonne nicht scheint.“

• das Kabel würde die Versorgungssicherheit bei einem weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien erhöhen



Quelle: Frankfurter Allgemeine Zeitung, 15.06.2012, Nr. 137, S. 11.

Anlage Nr. 16:

Nutzung zukünftiger (PSW)Speicher-Anlagen in Norwegen



Grafische Darstellung der

Netzelemente zu deren Entlastung

die meisten Redispatchmaßnahmen

im Winterhalbjahr 2011/12

durchgeführt werden mussten.

Unverändertes Haupt-Nadelöhr:

Die zu dünne und total verstopfte

Verbindung zwischen dem Freistaat

Thüringen und dem Freistaat

Bayern: ein Projekt der EU-

Entscheidung 1364 und ein Projekt

des EnLAG(Süd-West- Kuppelleitung

oder „Thüringer Strombrücke“)

Quelle: Bundesnetzagentur, Bericht zum Zustand der

leitungsgebundenen Energieversorgung im Winter 2011/12;

aus: Maßnahmenscharfe Datenerhebung der BNetzA bei

den deutsch ÜNB, Grafik: BNetzA

Anlage Nr. 17:

Redispatchmaßnahmen in Deutschland



Quelle: Brueck, M.; Wildhagen, A., Krumrey, H. (2012): Transparenz des Versagens. In: Wirtschaftswoche, Nr. 25, 18.06.2012, S. 44-50.

Mit der Energiewende und dem Beschluss

zum Ausstieg aus der Atomkraft hat die

Bundesregierung vor einem Jahr vier Ziele

verbunden, die bis 2020 erreicht werden

sollen:

Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung

für Haushalte und Unternehmen,

Versorgungssicherheit auf dem

bisherigen Niveau

Umweltverträglichkeit der

Stromversorgung (CO₂-Ausstoß)

Akzeptanz der Energiewende in der

Bevölkerung

Die Wirtschaftswoche hat zusammen mit der

Unternehmensberatung A.T. Kearney eine erste

systematische Analyse vorgelegt, die den aktuellen

Stand der Energiewende aufzeigen soll:

Anlage Nr. 18:

Untersuchung der Wirtschaftswoche und A.T. Kearney

29.10.2012

175 197 160 213 176



Anlage Nr. 19:

Versorgungssicherheit: Anzahl der „Eingreif- und

Gefährdungs“- Tage mit Maßnahmen gemäß EnWG(§13)Quelle 50 Hertz

33 29.10.2012

•Entwicklung der Auslastung der Netzelemente Zeitungleiche Leistungsbelastung >5h/a

2009 und 2011



Anlage Nr. 20:

Belastungssituation und Änderung 2009 zu 2011 (Quelle: 50Hertz)

29.10.2012 34

21:38 Ausschaltung 380 kV-Doppelleitung

Conneforde-Diele

22:10 Auslösung der 380 kV Kuppelleitung

Landesbergen Wehrendorf – Beginn der Kaskade

22:10 Folgeauslösung in UW Redwitz und

UW Schwanendorf

fmin=49,0 Hz

fmax=50,6 Hz



Quelle: 50Hertz

Anlage Nr. 21.1:

Auftrennung des Verbundbetriebes in Deutschland (am 4.11.2006)

fmin=49,0 Hz

fmax=50,6 Hz

fmin=49,7 Hz



Quelle: 50Hertz

Anlage Nr. 21.2:

Aufteilung des UCTE-Netzes in 3 asynchrone Gebiete

Quelle: VDE/ FNN

W. Neldner, NeldnerConsult

SOS- Security of supply

Kriterien(u.a. EnWG, §13): heute:

1.Spannung (U/kV): angespannt/Stress

2.Frequenz (f/ Hz): Zusatzmaßnahmen festgelegt

3.Verbundnetz(innerdeutsch): Stress: häufig, intensiv, zeitgleich, überregional

4. ENTSO-E-Verbundbetrieb: angespannt (Hier dargestellt

die östlichen Verbindungs-

leitungen nach Polen und

Tschechien)

Anlage Nr. 22:

Das deutsche Elektrizitätssystem ist ein integraler

Bestandteil des Europäischen Verbundsystems(ENTSO-E)

37 29.10.2012 NeldnerConsult- System-und


Anlage Nr. 23:

Wirtschaftliche Rahmenbedingungen für PSW verschlechtern sich (Quelle: Vattenfall GmbH, dena-Energiekongress)





Anlage Nr. 24:

Sonderentscheidungen für den Winter 2012/2013

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