TITLE OF THE POWER POINT PRESENTATION IN ARIAL 40 PT., … · IKT zur Weitbereichsregelung: Spannungsschwankungen werden um rd. 30% reduziert . 367 380 350 334 419 428 253 260 285

RWE Deutschland AG 27.03.2012 SEITE 0

“Smart Country”

Dr. Jürgen Grönner RWE Deutschland AG, Asset Management



Prognose der Versorgungsaufgabe


Wie erfolgt die objektive Darstellung der Versorgungsaufgabe?

> Strikte Trennung von Versorgungsaufgabe und Netzlösung umgesetzt

> Ziel war die objektive Beschreibung der Versorgungsaufgabe ohne bereits eine bestimmte Lösung zu lancieren

> Deutschlandweite Beschreibung von Versorgungsaufgaben ermöglicht

> Betrachtungsebene: Landkreise bzw. kreisfreie Städte

Prognose zukünftige Energiebedarfe

Netztechnisch orientierte Parameter

Wirtschaftlich demografische Rahmendaten

Entwicklung regenerativer Quellen


Die Beschreibung der Versorgungsaufgabe erfolgt durch 45 Parameter in 7 Kategorien je Landkreis und kreisfreier Stadt

Regenerative Einspeisung

Leistungsbedarf

Flächenbedarf

Inhomogenität Anschlußzahlen

Demografische Daten

Energiebedarf

Versorgungs- aufgabe


Die Versorgungsaufgabe wurde für die Jahre 2010, 2015, 2020, 2025 u. 2030 prognostiziert

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6

DeutschlandRWEDeutschland-RWE

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35


2010 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35


2015

2020

2025

2030


Die Identifikation wesentlicher Einflußgrößen erlaubte die Bestimmung repräsentativer Landkreise

Entwicklung Windenergie

Entwicklung Fotovoltaik

Inhomogenität

Einwohnerdichte

Einwohnerzahl

Repräsentativer Landkreis


Die zukünftige Versorgungsaufgabe wurde für diese repräsentativen Landkreise prognostiziert.

0

40

80

120

160

0 8 25 45 65 85 105 125 145

Exemplarisch LK Bitburg-Prüm

> Signifikanter Zuwachs von Einspeisung aus Photovoltaik bis 2030 erwartet

PV/Last [%]

1 2

3 4 5

6

7

8

10

11

1

2

3

4

5

6

7

8

9 9 10

11 Anz

ahl d

er L

andk

reis

e

2010

2030

Essen

München

Gelsenkirchen

Recklinghausen

Heinsberg

Steinfurt

Harz

Dahme-Spreewald

Vogelsbergkreis

Bitburg-Prüm

Bernkastel-Wittich

1

2

5

6

7

8

9

10

11

Entwicklung Photovoltaik

PV

/Las

t [%

]

Quelle: Prognos

Auswahl LK:

3

4 55%

2010 2030

10%


Herausforderungen in Mittel- und Niederspannung konzentrieren sich im ländlichen Bereich

Erzeugung und Verbrauch im LK Bitburg-Prüm

Erzeugung

Verbrauch

> Das bestehende Verteilnetz orientiert sich an den historisch gewachsenen Lastschwerpunkten.

> Die Errichtung leistungs-starker regenerativer Erzeugungsanlagen erfolgt in der Regel außerhalb der geschlossenen Bebauung.

> Im ländlichen Bereich genügt das vorhandene Netz oftmals nicht mehr den Anforderungen.

> In Städten entsteht hingegen nur vereinzelter Ausbaubedarf.


Die Verteilnetze von heute und morgen müssen dezentral erzeugten Strom aufnehmen und verteilen

> Zunehmend werden Verteilnetze eine Vielzahl unterschiedlicher Stromerzeuger anschließen

> An einem Standort tritt der Kunde sowohl als Verbraucher als auch als Erzeuger und ggf. sogar als Speicherbetreiber auf

> Erzeuger liefern grundsätzlich mehr als ihren Eigenbedarf

> Diese Kundenanforderungen werden durch flexible Verteilnetze erfüllt

~

0,4 kV

10 kV

PVA

PVA: Photovoltaikanlage, BZ Brennstoffzelle, µKWK Mikro KWK, G4V Elektrofahrzeug

Heute

~ ~

~

0,4 kV

10 kV

~

PVA

PVA

µKWK

BZ

Morgen

~ PVA

G4V

Versorgungsaufgabe im Wandel (0,4 kV Ebene)

Last Einspeisung


Die Einbindung dezentraler Erzeugung führt zur Umkehr der Stromrichtung und Spannnungshaltungsproblemen

Netzspannung in abh. regenerativer Erzeugung

> Qualitätskriterien beim Kunden werden nicht eingehalten

> Überlastung einzelner Betriebsmittel im Verteilnetz oder in der Kundenanlage

> Beschädigung oder Ausfall überlasteter Betriebsmittel

10 kV

~ PVA

180200220240260280

Nacht

Tag

230V +/- 10%

Spannungsverlauf entlang der Stammstrecke

Stammstrecke in der Ortsversorgung

Stromrichtung Tag Nacht

Die zukünftigen Last- und Einspeiseverhältnisse führen ohne weitere Maßnahmen zu folgenden Problemen:


Entwicklung von Netzkonzepten


Können innovative Netzkonzepte die zukünftigen Versorgungsaufgabe “besser” erfüllen?

Identifikation effizienter Verteilnetzkonzepte

Weiterentwicklung von Bewertungsmethoden

Weiterentwicklung von Betriebsmitteln

Ergebnisdemonstration im Verteilnetz


Smart Country wurde vom BMWi gefördert

> Identifikation effizienter Verteilnetzkonzepte

> Weiterentwicklung von Bewertungsmethoden und Betriebsmitteln

> Ergebnisdemonstration im Netz

Projektkonsortium

Konsortialführerin RWE Deutschland AG*

Ziele

Laufzeit Juli 2009 – Juni 2011

* bzw. RWE Rheinland Westfalen Netz AG


Innovative Netzkonzepte wurden funktional gegliedert

Verwendung von Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) - Verbesserung der Netzbeobachtbarkeit - Aktive Optimierung des Netzes - Anreize für netzoptimales Kundenverhalten

1

2

3

4

Einsatz von Speichern - Beim Netznutzer (mögliche Ergänzung) - Beim Netzbetreiber

Kundennahe Spannungsregelung - Ausnutzung der Netzkapazität - In Mittelspannung, an der Ortsnetzstation oder am Hausanschluss

Hierarchieebenen in Mittelspannung

- Ausnutzung der Mittelspannungs-Leistungspotenziale - Verbesserung der Nichtverfügbarkeit


5 repräsentative Landkreise wurden zur Bewertung der innovativen Netzkonzepte ausgewählt

Essen

Recklinghausen

Steinfurt

Bitburg-Prüm

Bernkastel-Wittlich


Mit der weiterentwickelten Referenznetzanalyse wurden die verschiedenen Netzkonzepte bewertet


Die notwendigen Mittel zur Erfüllung der zukünftigen Versorgungsaufgabe wurden kalkuliert

Referenznetz 2010 auf Basis konventioneller Planungs- und

Betriebsgrundsätze

Referenznetz 2030 auf Basis innovativer Netzkonzepte

Netzmenge Netzkosten

Netzmenge Netzkosten


Referenznetz 2010

Ländlicher Kreis (MS-Netz)

Last 135 MW, Erzeugung 110 MW Last 120 MW, Erzeugung 210 MW Netzlänge [km]

Die Veränderung der Versorgungsaufgabe führt bei konv. Netzausbau zu erheblichem Umstrukturierungsaufwand

Neue Leitung

Obsolete Leitung

2030 2010

3.099

2.438

973 +40%

312

Referenznetz 2030 Netzausbau


Referenznetz 2010

Ländlicher Kreis (MS-Netz)

Last 135 MW, Erzeugung 110 MW Last 120 MW, Erzeugung 210 MW Netzlänge [km]

Innovative Netzkonzepte erhöhen die Netzaufnahme-fähigkeit und beschränken den Netzausbau bis 2030

2.697 +23%

2030 Obsolete Leitung

309

Neue Leitung

568

2010

2.438

Referenznetz 2030 Netzausbau mit Einsatz

von geregelten ONS


Ausgewählte Beispiele aus dem Demonstrationsnetz

Quelle: innotec


Lösung: Kundennahe Spannungsregelung zur Erhöhung des verfügbaren Spannungsbandes im bestehenden Netz

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

Vereinfachte linearisierte Darstellung des Spannungsverlaufes entlang der Stammstrecke

PV Einspeisung am Tag

PV mit Spannungsregelung Nacht

Zulässige Entfernung dezentraler Erzeugungsanlagen von der Netzeinspeisung

Zulässiges Spannungsband:

230 V +/- 10%

Leitungslänge

Konventionelle Planung

Einsatz spannungsgeregelter Ortsnetztransformator

Spa

nnun

g [V

]

Regelung


Elektron. Spannungsregler

> Kurze Reaktionszeit (0,5 ms)

> Regelung von Spannungsunsymmetrien

> Keine beweglichen Elemente

> Bestehende Transformatoren weiter nutzbar

Lokale elektronische Regelung der Spannung

Lösung: Spannungsqualität wird durch kundennahe Spannungsregelung sichergestellt


Spannungsregler sind auch temporär einsetzbar

Uhrzeit [h]

Spa

nnun

g [V

] 230 V

+ 2 %

+ 4 %

- 2 %

- 4 %

- 6 %

- 8 %

Eingangsspg. Ausgangsspg.


Spannungsregler in der 20-kV-Spannungsebene

Flexible Aufstellung: > 3 Streifenfundamente > Kabeleinführung

Freileitungs- einbindung


Spannungs- / Strommessung (dezentral)

> Einzelne Spannungs-messungen im Strang

> Spannungs- und Ober-schwingungsmessungen in Stationen

Lastflussbeobachtung (zentral)

> Messwerte (P,Q,U,I)

> State Estimation

Beobachtung von MS / NS-Netzen

Lösung: Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) ist die Basis für eine höhere Netzauslastung


IKT zur Weitbereichsregelung: Spannungsschwankungen werden um rd. 30% reduziert

380367350334

428419

260253283285

258 268

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Durchschnitt Stomkreis C Stomkreis A Stomkreis B Stomkreis D Stomkreis E

Spannungsregelung durch zentralen Spannungsregler, mit Sollwertanpassung Spannungsregelung durch dezentralen Spannungsregler

38% 33% 15% 28% 27% 29%

Spannungsdelta [V]


Weitbereichsregelung – Aufbau der Messwerterfassung


Lösung: virtuelle PV-Stromspeicherung

Mitt

elsp

annu

ng

3 ~ Fermenter

Biogas- speicher

Biogasverstromung

PV-Stromerzeugung

DC AC

PV-Panel

3 ~

t

Biogas

t

PV

t

Speicher

t

Netz

Stromspeicherung in Form von Biogas


Die Speicherung des Biogases erfolgt in einer Doppelmembran

> niedrige Investitionskosten

> Geeignet bei höchsten Schnee- und Windlasten

> Energieeffizient

> Kurze Bauzeit

> Hohe Betriebssicherheit

> Exakte Füllstandsmessung

> Keine Korrosion an Membrane

> Keine Entschwefelung notwendig

> Niedriger Wartungsaufwand auch bei flächendeckender Anwendung


Die Errichtung des Biogasspeichers auf dem Gärrestelager bietet weitere Vorteile


Biogasspeicher wird isoliert


Montage des neuen Biogas-BHKW


Fermenter, Speicher und BHKW


Biogasspeicherung in Abhängigkeit der PV-Einspeisung

0

50

100

150

200

250

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500

0

50

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200

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300

350

400

450

500

29.8.11 2.9.11 6.9.11 10.9.11

Leis

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PV-

Anla

ge [k

W]

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HK

W [k

W]

BHKW Gesamtleistung [kW] Leistung PV [kW]

Vorführender

Präsentationsnotizen

Die beispielhafte Tagesganglinie zeigt, dass in der Haupteinspeisezeit der Fotovoltaik zwischen 11 und 17 Uhr die BHKW-Leistung schrittweise herunter gefahren werden kann. In den verbleibenden Tagesstunden ist dann die Verstromungsleistung zu erhöhen um das im Tagesverlauf produzierte Biogas vollständig zu verstromen.


Validierungsphase


PV-Gleichzeitigkeit – Einbau der Messwerterfassung

Antenne GPRS MUC eHz


Messaufbau zur Gleichzeitigkeit dez. Erzeugung Umspannanlage

17

18 10

4

9

BioHKW

WEA 2

WEA 1

15 16

WEA 3

6 5

3

12

13

14

7

8

11

1

2

MüllHKW

ONS schaltbar ONS nicht schaltbar Kundenstation schaltbar Kundenstation nicht schaltbar Freileitung Kabel Offene Trennstelle


Ausblick

Last beim Endverbraucher / EEG-Einspeisung (Stand 2010)

2020 / 2030


Ausblick


Ausblick


Ausblick


Die Energiewende findet bereits im Verteilnetz statt

Fakten

Technik

Mittel- bedarf

> Mehr als 90% aller EEG-Anlagen sind im Verteilnetz angeschlossen.

> Die RWE VNB haben mehr als 200.000 EEG-Anlagen angeschlossen.

> Pilotprojekte (u.a. Smart Country) sind erfolgreich gestartet.

> Die Qualitätsanforderungen bleiben bestehen.

> Die Überführung der Projektergebnisse in die Planungs- und Betriebsgrundsätze erfolgt sukzessive nach der Validierung.

> Neue Konzepte helfen den Anstieg des Mittelbedarfs für den Anschluss der dezentralen Erzeugung zu reduzieren.

> Die Integration regenerativer Energien erfordert in jedem Fall zusätzliche Investitionen.

> RWE investiert von 2012 bis 2014 2,6 Mrd. € in die Energieverteilnetze.


Danke für Ihre Aufmerksamkeit und viele Grüße aus „Smart Country“

www.smart-country.de www.zukunftsnetze.de

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