Automatische Netzregelung als Alternative zum … · Dr. Enno Wieben . Die zunehmende Einspeisung aus EE-Anlagen bringt das Netz an die Auslastungsgrenzen 2 Die dezentrale Einspeisung

Automatische Netzregelung als

Alternative zum klassischen

Netzausbau

BTC NetWork Forum Energie, 29. September 2015

Dr. Enno Wieben

Die zunehmende Einspeisung aus EE-Anlagen

bringt das Netz an die Auslastungsgrenzen

2

Die dezentrale Einspeisung bestimmt heute die Dimensionierung

des Stromnetzes, Netz wird immer stärker ausgelastet

Jahreshöchstlast exemplarischer Transformatoren

BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben

3

EEG-Entwicklung maßgeblicher Treiber für

Netzausbau

Anteil EEG-Energieträger im Nieder- und Mittelspannungsnetz von EWE NETZ [Mrd. kWh]

• In 2013 stammen bereits ca. 70 %

des transportierten Stroms aus

Erneuerbaren Energien

• Nahezu Verfünffachung der

Anzahl EEG-Anlagen in den

letzten sieben Jahren (2007 ca. 11.500 / 2013 ca. 55.500)

• Nahezu Verdopplung der inst.

EEG-Leistung in den letzten

sieben Jahren (2007 ca. 2.800 MW / 2013 ca. 5.500 MW)

• Installierte EEG-Leistung

übersteigt die Netzjahres-

höchstlast um über 100 %

Ziel der Bundesregierung für 2035 (Anteil regenerativer Energie

von 55 bis 60 Prozent) im EWE Netzgebiet bereits heute übertroffen!

13,6 13,4 14,1 14,1 14,2 14,0

2008 2009 2010 2011 2012 2013

Anteil EE durchgeleitete Gesamtstrommenge EWE NETZ

46% 46% 44%

56% 63%

70%


Welches Potenzial ist noch vorhanden?

4

Ist 2012 Potential

1 GW

Niedersachsen im Jahr 2020

Deckung von bis zu 150 % des

Bruttostromverbrauches aus

Erneuerbaren Energien

90 %

PV-Dachflächenpotential

in EWE Netzgebiet

9 GW

Quelle: Energiekonzept des Landes Niedersachsen Ist 01/2012 Potential

3,2 GW

Wind-Potential in EWE Netzgebiet

16 GW

EWE erwartet langfristig einen regenerativem Anteil > 200%


Einspeisemanagement im EWE NETZ

0

100

200

300

400

500

600

700

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

*) Stand 17.04.2015

Anzahl der Eingriffe in 2014: 666

Anzahl der Eingriffe in 2015: 585 *)

Auslöser im 110kV und 220/380kV-Netz

Auslöser im Verteilnetz der EWE NETZ

5 BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben

6

3

15

28 34

48

63 70

89

173

Das Ziel ist es, eine zuverlässige

Stromversorgung heute und morgen zu sichern

[in Minuten pro Jahr und Kunde]

EWE NETZ

(2012)

Deutschland

(2011)

Niederlande

(2010)

Österreich

(2011)

Italien

(2010)

Frankreich

(2010)

Portugal

(2010)

Spanien

(2009)

Großbritannien

(2010)

(Quelle: EWE NETZ GmbH; Bundesnetzagentur; CEER)

Vergleich störungsbedingter Stromausfallzeiten in Europa


Eine Metapher zum Einstieg

Windenergieanlagen werden seit jeher

belastungsabhängig abgeregelt…

…weil sie sonst unbezahlbar wären.

7

Unter wettbewerblichen Bedingungen wird heute keine

Technologie für den Worst-Case ausgelegt! ! BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben

Aktuelle Szenarienuntersuchungen der EWE

auf Basis eines ländlichen Typnetzes

8

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000

50

100

150

200

250

Auslastung des UW-Trafos: 200 % Szenario für 2010

t in h

Au

sla

stu

ng

in

%

normal

abgeregelt

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 550

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

Verteilungsfunktion gesamte Einspeisung: 200 % Szenario für 2010

P [MW]

Wa

hrs

ch

ein

lich

keitsd

ich

te [

1/M

W]

normal

abgeregelt

Ländliches MS-Typnetz

(inklusive NS-Ebene)

Steuerung der Erzeugungsleistung in Abhängigkeit von der

Betriebsmittelauslastung und Spannungshaltung


Resultierende Einspeisezeitreihen einzelner

Anlagen

9

Entscheidend für die Effizienz: Nur dann feinfühlig drosseln, wenn

ein Engpass auftritt

! BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben

Zusammenhang zwischen abgeregelter

eingespeister Energie und Netzkapazitätsgewinn

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 100

150

200

250

300

350

abgeregelte Energie in %

Ne

tza

ns

ch

lus

ska

pazit

ät

in %

Abregelung von nur 5% der erzeugten Jahresenergie

Verdoppelung der Netzanschlusskapazität ! BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben

Aktuelle Untersuchungen: Dynamisches versus

statisches Einspeisemanagement

11

Dynamische Abregelung entlastet das Netz um ein vielfaches!

Entlastung

Entlastung

Entlastung

Entlastung


Feldtest 5%-Ansatz im Bereich Jever-Wittmund

12

UW Jever

SA Wittmund

SA Tettens

Steuerung von:

• 1 BHKW (2 MW)

• 4 PV-Anlagen (3,4 MW)

• 6 Windenergieanlagen (4,8 MW)

Messung von:

• Schaltanlagen (vorhanden)

• 9 Ortsnetzstationen

Steuerung von 11 dezentralen Erzeugungsanlagen


Wesentliche Eckdaten des derzeitigen Feldtest

13

• Rechnerische Ermittlung der betrieblichen Grenzen bei 50% installierter

Erzeugungsleistung

• Messtechnische Erfassung der Abgangsströme (Umspannwerk,

Schaltanlagen) und Leistungen und Knotenspannungen der

Erzeugungsanlagen und Ortsnetzstationen (ONS)

• Steuerung aller Erzeugungsanlagen im MS-Netz auf Basis einer

Weiterentwicklung des BTC | GRID Agent

Feldtestbeginn: Oktober 2014

Feldtestdauer: 1 Jahr

Istwerte (P, Q)

Messwerte (U, I)

Sollwerte (P)

Grenzwerte (U, I)


14

Umrüstung der Bestands-EZA

Ausgangszustand:

• Anlagenbaujahr zwischen 1994 und 2012

- WEA: Enercon E40, E53, E82 und Vestas V39

- PV: Unterschiedliche Wechselrichter- und Modultypen

- BHKW: Wärmegeführt und Überschusseinspeisung

• Überwiegende Anbindung der Erzeugungsanlagen mittels Tonrundsteuer-

Empfänger

- Nur grobe Steuerbarkeit: 100%, 60%, 30%, 0% der Wirkleistung

- Unidirektionale Kommunikation keine Messwertübertragung möglich

Umrüstung:

• Nachrüstung von Fernwirkanlagen

• Hard- und teilweise Softwareanpassungen der Erzeugungsanlagen

Überwiegend feinfühlige Steuerbarkeit der Erzeugungs-

anlagen mit Stufen < 10% der Wirkleistung


Umrüstung der Bestands-EZA

Technische Anbindung der EZA

• Fernwirkanlage: WAGO ETHERNET-SPS 750 880

• Messung: WAGO-I/O-SYSTEM 750

- 3-Phasen-Leistungsmessklemme

• Kommunikation : Analoge Input / Output (4…20 mA) Klemmen

- Output: Wirkleistungssollwerte

- Input: z.B. Windgeschwindigkeit, verfügbare Leistung, Temperatur, …

• Anbindung ans Leitsystem über LUCOM Mobilfunkrouter

- Verwendung von 2 SIM-Karten (D1 und D2)

• Anlagenseitig Erweiterung der Schnittstellen der Steuerung / des

vorgelagerten Solar-Logs

15 BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben

http://www.tpautomation.de/shop/images/product_images/popup_images/750-880.jpg

http://www.lucom.eu/isotope/l/lr77-v2-full-plastik-front-094cb76a.jpg

Leittechnische Anbindung

16

GRID Agent

Website

Fernwirkserv

er

Mobilfunk

D1 + D2

FWA der

11 DEA

FWA der

9 ONS

DEA

IEC 60870-5-104

Hauptsystem

Netzleitsystem

E-Mail

Status

Archiv

Fehler-

meldungen

Messwerte

Schalterstellung

EISMAN

Sollwerte

Status

HTTP / TCP

Messwerte

Schalterstellung

EISMAN

Analogsignal 4…20mA

Sollwerte

(Messwerte)

Messwerte

Sollwerte


Stromgrenzwert am Netzübergabepunkt

17

01.10 15.10 29.10 12.11 26.11 10.12 24.12 07.01 21.01 04.02 18.02 04.03 18.03 01.04 15.04 29.040

50

100

150

200

250Netzübergabepunkt

I in

A

|Iohne Reduzierung (sim)

| |Imit Reduzierung (mess)

| IGrenz

11.04 12.04 13.04 14.04 15.04 16.04 17.040

50

100

150

200

250Netzübergabepunkt

I in

A

|Iohne Reduzierung (sim)

| |Imit Reduzierung (mess)

| IGrenz


Entwicklung der abgeregelten Energie

18

Simuliert für das

Jahr 2008:

Messungen im

Feldtest bis August:

In relation to effective feed in In relation to annual feed in


Mögliche Auswirkungen auf die Netzqualität

19

SK‘‘ =

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000

50

100

150

200

250

Auslastung des UW-Trafos: 200 % Szenario für 2010

t in h

Au

sla

stu

ng

in

%

normal

abgeregelt

PE1(t)

=

PE2(t)

PL(t)

P(t)

P(t) ≤ ½*max(PE1(t)+PE2(t)-PL(t))

Ziel des 5%-Ansatz:

Z


20

Mögliche Auswirkungen auf die Netzqualität

• Schnelle Spannungsänderungen (Flicker…)

• Oberschwingungen

• Unsymmetrie bei einphasiger Einspeisung im Niederspannungsnetz

Die Häufigkeit und Dauer hoher Netzauslastungen nimmt zu:

Damit steigt tendenziell die Häufigkeit folgender Phänomene:

Bei ausreichender Verbrauchslast im Netz können die

angeschlossenen Erzeugungsanlagen mit Ihrer Nennleistung einspeisen.

Die Netzimpedanz sowie die verfügbare Netzkurzschlussleistung bleiben

dabei gegenüber der klassischen Worst-Case-Auslegung unverändert.

Lokal ist in Abhängigkeit der Topologie und Lastverteilung mit einem

Anstieg der Pegel zu rechnen.

höhere Systemauslastung erfordert erweitertes Netzmonitoring


Aktueller Referentenentwurf Energiemarktgesetz

21

voraussichtlich 2016 wird die gesetzliche Grundlage geschaffen


BTC | GRID Agent Netzregler Intelligente Regelung als Alternative zum Verteilnetzausbau

• Automatischer Netzregler zur Umsetzung von

intelligenter Spitzenkappung in Mittelspannungsnetzen

• Vorübergehende und gezielte Absenkungen

• Schafft mehr Anschlusskapazität für Erneuerbare Energien

• Verlässlich durch Erfahrung

• BTC | GRID Agent Windparkregler (>1GW Onshore, >1GW Offshore)

• Netzleitsystem BTC PRINS® (>100 laufende Installationen)

• Im einjährigen Feldtest im Mittelspannungsnetz bewährt

• Flexibel einsetzbar und integrierbar

• Entweder als integrierte Hardware-Software-Lösung für

Umspannwerke oder als Software für zentrale Server lieferbar

• Kommunikation via IEC 104; Weiternutzung Eisman-Steuerkanäle

• Schnellere und bessere Einführung

• Optionale Unterstützung bei Netzplanung u. Netzstrategie erhältlich

© BTC AG 2015

Beispielaufbau der dezentralen Variante.

Alternativ kann der Regler auf zentralen

Servern platziert werden.

BTC V BTC | GRID Agent Netzregler

Stellwerte

HS/MS

Optionale Sollwerte

zentrale Leittechnik

Messwerte

Netzbetriebs-

mittel

Messwerte

Erzeugungs-

anlagen

MS/NS

Mess-, Statuswerte

und Meldungen


Mit Intelligenz zu Effizienz

Beratungsleistung Smart Grids Solutions

Wir bieten Ihnen unser umfangreiches Know-How zur Smartifizierung Ihrer Stromnetze

Unser Leistungspaket:

• Wissenstransfer zu smarten Netztechnologien

(z. B. dezentrale Automatisierungstechnik , Wirk-

und Blindleistungssteuerung, Netzüberwachung)

• Kosten-/Nutzenanalyse intelligenter vs.

konventioneller Netzausbaustrategien speziell für

ihr Netz

• Erarbeitung einer Smart Grid Strategie

• Ausarbeitung von konkreten Empfehlungen bis

hin zur Erarbeitung einer Ausbauplanung für das

Gesamtnetz

Sie sind neugierig geworden?

Sprechen Sie uns an!

Nutzen Sie jetzt die Möglichkeit und profitieren Sie von unserem Wissen

Zusammenfassung

EWE NETZ und BTC entwickeln

derzeit gemeinsam ein

Komplettpaket für Netzbetreiber

24

Netz-

betreiber

Planung Service

BTC | Grid Agent


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Dr.-Ing. Enno Wieben

EWE NETZ GmbH

Cloppenburger Str. 302

26133 Oldenburg

Tel.: 0441 / 4808-2110

[email protected]

www.ewe-netz.de

Documents

Automatische Netzregelung als Alternative zum … · Dr. Enno Wieben . Die zunehmende Einspeisung aus EE-Anlagen bringt das Netz an die Auslastungsgrenzen 2 Die dezentrale Einspeisung