Smart Grids in klein - efzn.de · © Siemens AG 2011 net 2011 Goslar, 28. März 2011. Theodor Connor . Power Distribution Division, Energy Sector, Siemens AG . Smart Grids in klein

© Siemens AG 2011

net 2011Goslar, 28. März 2011

Theodor Connor Power Distribution Division,Energy Sector, Siemens AG

Smart Grids in klein –Was kann die Verteilnetztechnik leisten?

Energy Sector28. März 2011Bild 1 © Siemens AG 2011Th. Connor

Geschichte der Stromversorgung

WechselstromGleichstrom

Drehstrom

DrehstromGleichstrom

Gleichstrom

1900 2000

Leistung

BBC

VA

kVA

MVA

GVA


Bedeutung der elektrischen Energieversorgung

Licht

Kraft

Heizung

Telefon

Kühlschrank

Radio

Industrie

Medizin

Fernsehen

Computer

KlimaanlageBahn

Waschmaschine

Telegraph

Staubsauger

Bügeleisen

Wirtschaft

Kultur

Gesellschaft

PolitikUmwelt


Von der Versorgungsinsel zum Verbundnetz

Erzeugung VerbrauchLage der Ressourcen Steigende Lastdichte

=> Verbundbetrieb

=> Vermaschung

=> Übertragung

Verluste=> Höhere Spannung

Ausfälle

Reserven Lastausgleich


Die Struktur des Verteilungsnetzes

Haushalt Industrie

Großkraftwerk

Wasserkraftwerk

0.4 kV

20 kV

110 kV

Schaltplan

Lageplan

Stadtplan


Die Geräte im Verteilungsnetz

Öltank-, Trocken-Transformator

Öl-Papier, PVC-, VPE-Isolation von Kabeln

Expansin-, Öl Kessel-, Öldruck-, Vakuum-Leistungschalter

Luft-, Feststoff-, Gas-, hermetisch verschweißte Schaltanlagen

Elektromechanischer, analog elektronischer, digitaler Netzschutz

1960 20001900 1980


Der Betrieb des Verteilungsnetzes

Traditionelles Netz

NetzleitstelleLeistungsschalter

Trennschalter


Entwicklung der Kohlendioxidkonzentration

CO2 Konzentration

0

100

200

300

400

500

1000 1200 1400 1600 1800 2000

Industrielle Revolution


Strom als Teil des Energiebedarfes

Erzeugung

Übertragung

VerteilungElektrizität

Verbrauch

Heizung

Kühlung

Energie Verkehr

Primärenergie Träger

Emissionen

Geographie

Politik

Handel

Soziale Aspekte


Unternehmensziele

Unternehmenserfolg

Versorgungsqualität

Preiswerte Energie

Wettbewerb

Regulator

Umwelt

TechnischeMachbarkeit


Betrieb eines Elektrizitätsnetzes

Dampf => P

Erregung => U, Q

Drehzahl => f

Übertragung

Verteilung

Verbraucher

Stochastische LastErzeugung

Fahrplan=> Vorhersagbare Last

Bisher keine Speicherung der Elektrizität in großen Mengen möglich !


Die Herausforderungen

Dampf => P

Erregung => U, Q

Drehzahl => f

Kraftwerk

Übertragungsnetzbetreiber

Handel

Verteilungsnetzbetreiber

Kunde

Regulator

E-Car

Speicher

Handel

Regenerative

Verteilte ErzeugungSmart

Meter


Verteilte Erzeugung

HaushaltBHKW

Solar

Batterie

Industrie KW

WindWasser

Biomasse

Brenn

stoff

zelle

110 kV

20 kV

0.4 kV

+ -

Haushalt Industrie

Großkraftwerk

Wasserkraftwerk

0.4 kV

20 kV

110 kV


Einbindung verteilter Erzeuger

Spannungsband

Selektivschutz

Kurzschlussstrom

Spannungsqualität

Zustandsinformation

U

U


Möglichkeiten zur verstärkten Integration

5. Leitungsverstärkung

4. Transformator Stufenschalter

3. Einspeisung induktiver Blindleistung

2. Batterie

Last

1. Unmittelbarer Verbrauch

P

P

P

P

Q

P

P

P 6. Vermaschte Netze


Entwicklung der Last- und Fehlerströme

Last

Fehler

I max Last

I K max

I K min

TagNacht

Flexible Belastunginnerhalb der Gerätegrenzwerte

Flexible Netzkonfigurationz. B. InselbildungI max Last

I K min

Bisher

Zukünftig


Automation des Betriebes

M1SxaS2

S1

M1 S2S1 Sxa Sxb

Sxb

M2

M2

Betrieb mit Erdschlusskompensation


Automation des Betriebes

S1S2a S2b

S3

S4

S1 S2a S2b S3 S4

Betrieb mit niederohmiger Sternpunkterdung


Micro Grid

Einbindung lokaler Erzeugung

Verschiebung des Ausbaus im Übertragungsnetz

Inselnetzbetrieb

LeistungsfrequenzregelungSpannungshaltung

Synchronisation


Smart Meter

Optimierung der Kosten durch Tarif-, Anbieterwahl, Lastkontrolle

Bewusstsein über den Energieverbrauch

Wettbewerb

Optimale Netzauslastung

Laststeuerung

Vereinfachung der Abrechnung

Andere Dienste:Kommunikation

Wasser/Gas

Überwachung

Gesellschaft

Kunden

Öffentlichkeit

EVU

Handel


Ziel:

Teilnahme am Handel

Alle Arten der Erzeugung

Schaltbare Lasten, Steuerbare Lasten

Speicher

Demand Side Management

Virtual Power Plant

PV

Batterie

Fuel cell

Co-Gen

Last

Industrie

Wind Park

Kontrollzentrum

Voraussetzungen:

Netz muss die Lastflüsse aufnehmen können, Maximale und minimale Fehlerströme, Spannungsband

Zuverlässige Kommunikation


Kurzzeit Modelle:Dauer:1/100 – 1/10 SecZeitschritt : 1 ms

Langzeit Modelle:Dauer: Minuten – TageZeitschritte: 1s – ¼ h

BHKW

Brennstoffzelle

MVDC Kupplung

PV Anlage

Speicher

Windkraft

• Lastfluß, Lastverläufe

• Energiebilanz

• Spannungsqualität

• Verhalten bei Störungen

• Schutzsimulation

Simulation der aktiven Verteilungsnetze

Biomasse


Das zukünftige Verteilungsnetz

Zukünftige Netze

Smart meter

Steuerbare Last

ErzeugungZustand

StellungAdaptiert

Temperatur

Netzleitstelle


Kommunikationstechniken

Medium Übertragung AnwendungKupferkabel (Zweidraht) Analog, Wechselstromtelegrafie (WT)Kupferkabel (Zweidraht) 8 Mbit/s Telefon, Digital PCM…DSLKoaxialkabel 10 Mbit/s FernsehenLichtwellenleiter Tbit/sTrägerfrequenz (TFH) 300 kbit/s HochspannungsleitungenRichtfunk 100 Mbit/s ÜbertragungsnetzSchmalbandfunk 19 kbit/s Netzstationen, 400 MHzPower Line Carrier (PLC)

Rundsteuerung 0,1 bit/s Laternen, 150 - 800 HzSchmalband 28 kbit/s Netzimpedanzanpassung, 5-95 kHzBreitband 200 Mbit/s 30 MHz

ProviderGSM 60 kBit/s Handy, ab 1990GPRSUMTS 2 Mbit/s Handy, Mail

GSM Global System for Mobile Communication PCM Pulse Code ModulationGPRS General Packet Radio Service DSL Digital Subscriber LineUMTS Universal Mobile Telecommunications System


HerstellerLager

Kommunikationspartner

Station

SCADA

Gas

Kunden-information

Erzeuger

Workforce

Händler

Nachbar

Kunden

DMS

Gebäudemgt

WasserHeizung

EMS

Abrechnung

Regulator

Netzplanung Einkauf

DMS - Distribution Management SystemEMS – Energy Management System


Der Niederspannungsanschluss

Netzstation

TT-System

TN-C-System

TN-S-System

IT-System

Sicherung

Lasttrennschalter

Einspeisung von erneuerbarer Energie

Radial

E-Netz*

M-Netz**Vermascht

Sicherung

L1

L2

L3

N

PE

3-phase 1-phase

Auslegungskriterien:

• Max. Laststrom

• Spannungsfall

• Min. Fehlerstrom

* Ein-strangig gespeistes NS-Maschennetz

** Mehr-strangig gespeistes NS-Maschennetz


Die Ebenen eines smarten Verteilungsnetzes

Physikalische Ebene

Kommunikation

Applikation

Power Line Carrier, Glasfaser, Funk

Meter Data Management, SCADA, Handel

Transformator, Kable, Schalter, Schutzrelais


Tool box für effiziente Verteilungsnetze

Steuerung KommunikationZiele

Regeln

Öffentliche Akzeptanz

HGÜ

FACTS

Freileitung

Kabel

GILWasser

Wind

Solar

GuD

GIS

Transformator

Netzstation

Schutz

Überwachung

Wirtschaftlichkeit


CO2 Ausstoß wird ständig dargestellt

Kabellose Sensoren und Smart Metering gekoppelt mit Last-

steuerung und marktgerechter Energieversorgungssoftware

Parkplätze mit Aufladestationen für E-Cars, Speicher zum

Ausgleich von Angebots- und Bedarfsspitzen

Große zentrale Kraftwerke werden weiterhin die Grundlastversorgung

sicherstellen

Große und sehr kleine Kraftwerke müssen parallel

gesteuert werden

Großspeicher helfen Angebotsfluktuationen

auszugleichen

Micro Generation (PV) als Teil von “intelligenten Gebäuden”

Eine Vision wird Wirklichkeit:Smart Grid Lösungen von Siemens

© Siemens AG 2011

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

und viel Erfolg auf dem Weg

vom

Verteilungsnetzzum

intelligenten Stromversorgungsnetz

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