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Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Versorgungssicherheit -
am 18. Juli 2018 bei der Gebr. Kemper GmbH & Co. KG in Olpe
Ingenieurwissenschaftliches Kolloquium
Eine Herausforderung der Energiewende
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 218. Juli 2018
Die Wirkung der Elektrizität ist global sichtbar
Quelle: NASA's Earth Observatory
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 318. Juli 2018
Ohne Strom ist das moderne Leben nicht vorstellbarLichtMobilität Wärme
KühlungKlimatisierung Medizintechnik
KommunikationZahlungsverkehr Informationstechnik
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 418. Juli 2018
1. Was wollen wir erreichen und wo stehen wir heute ?
2. Welche Herausforderungen kommen auf uns zu ?
3. Was sollten wir beachten und was können wir tun ?
Inhalt
Versorgungssicherheit -
Eine Herausforderung der Energiewende
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 518. Juli 2018
Was versteht man in Deutschland unter Energiewende ?
Übergang vom Verbrauch endlicher fossiler und
nuklearer Primärenergien zum Einsatz nachhaltig
verfügbarer erneuerbarer Energien (EE).
Ziel Status Abschluss
Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen bis 2023
Ausbau der Erneuerbaren auf
80 % der Stromerzeugung
in
Umsetzungbis 2050
Vollständige Dekarbonisierung
der Stromwirtschaft 100 % EEin Planung bis 2080
Elektrifizierung der gesamten
Wirtschaft (Sektorenkopplung)Vision bis ????
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 618. Juli 2018
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Wind offshore
Wind onshore
Photovoltaik
Biomasse
Hausmüll (Bioanteil)
Wasserkraft
biogener Anteil (50 %)
bei Pumpspeicher-
kraftwerken nur
Stromerzeugung aus
natürlichem Zufluss
bis 1998 nur Einspeisung in
das Netz der allgemeinen
Versorgung, Angaben ab
2003 beinhalten auch die
industrielle Stromerzeugung
aus flüssiger Biomasse Stromeinspeisegesetz
ab 1. Januar 1991
Novelle BauGB
ab November 1997
EEG 2009
ab 1. Januar 2009
1)
1)
2)
2)
3)
3)
EEG 2014
ab 1. August 2014
EEG 2012
ab 1. April 2012
EEG 2004
ab 1. August 2004
EEG 2000
ab 1. April 2000
Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland
Bru
tto-S
trom
erze
ugung
TWh
Novellierungen des
Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG)
Quelle: BmWi (Daten AGEE-Stat) – Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland, 02/2018
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 718. Juli 2018
0
100
200
300
400
500
600
700
Wind offshore
Wind onshore
Photovoltaik
Biomasse
Hausmüll (Bioanteil)
Wasserkraft
Übrige Energieträger
Mineralölprodukte
Erdgas
Steinkohle
Kernenergie
Braunkohle
Strommix Deutschland 1990–2017 (nach Primärenergieträgern)
Quelle: AGEB – Stand: 2. Februar 2018
TWh
Bru
tto-S
trom
erze
ugung
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Seite 818. Juli 2018
0
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30
40
50
60
70
80
90
100
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
EE-Anteil an der Deckung des Stromverbrauchs (historisch)
Obergrenze Ausbaukorridor Koalitionsvertrag 2013
Untergrenze Ausbaukorridor Koalitionsvertrag 2013
Ausbauziele Bundesregierung Energiekonzept 2010
Eckpunkte der Obergrenze des Ausbaukorridors
Eckpunkte der Untergrenze des Ausbaukorridors
Eckpunkte des Energiekonzepts 2010
Quelle: http://www.erneuerbare-energien.de/EE/Navigation/DE/Service/Erneuerbare_Energien_in_Zahlen/Zeitreihen/zeitreihen.html
EEG-Ausbauziele der Bundesregierung
2020:
35 %
2030:
50 %
2040:
65 %
2050:
80 %
2025:
40–45 %
2035:
55–60 %
2017:
36,9 %
%
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 918. Juli 2018
EEG-Strom-Einspeisung führt häufig zu einem negativen Bilanzsaldo
-10.000
0
10.000
20.000
30.000
Januar 2015
Wind
Solar
Bilanzsaldo
Leis
tung
MW
-10.000
0
10.000
20.000
30.000
Juli 2015Wind
Solar
Bilanzsaldo
MW
Leis
tung
Quelle: Einspeisedaten der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB)
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1018. Juli 2018
Die Stromexporte aus Deutschland überwiegen die Stromimporte
14. Juni 2018Quelle: Agorameter
GW
Exp
ort
Import
2017
15
10
5
0
- 5
- 10
- 15
2018
Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mär Apr Mai JunJun
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Seite 1118. Juli 2018
Deutliche Zunahme des Exportsaldos und der Ausfallarbeit
Exp
ort
sald
o
TWh
-10
0
10
20
30
40
50
60
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Ausfallarbeit
Exportsaldo
AGEB – September 2017
BNA Quartalsberichte 2017
Quellen:
2. Ausfallarbeit:
1. Exportsaldo:
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1218. Juli 2018
Quelle: AGEB – Stand: 02.02.2018
0
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500
600
700
Wind offshore
Wind onshore
Photovoltaik
Biomasse
Hausmüll (Bioanteil)
Wasserkraft
Übrige Energieträger
Mineralölprodukte
Erdgas
Steinkohle
Kernenergie
Braunkohle
TWh
indisponibeldisponibel
Bru
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trom
erze
ugung
Inlandsstromverbrauch
22.6
Der Kraftwerkspark in der EnergiewendeAusbau der Nutzung der Überschüsse - Export
Strommix Deutschland 1990–2017 (disponibel und indisponibel)
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1318. Juli 2018
1. Was wollen wir erreichen und wo stehen wir heute ?
2. Welche Herausforderungen kommen auf uns zu ?
3. Was sollten wir beachten und was können wir tun ?
Inhalt
Versorgungssicherheit -
Eine Herausforderung der Energiewende
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1418. Juli 2018
Die Stadt ohne Strom – Albtraum der Versorgungsindustrie
Quelle: http://tvblogs.nationalgeographic.com/files/2013/10/blackout2-590x331.jpg
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1518. Juli 2018
Das Zieldreieck der Energiewirtschaft
Versorgungssicherheit
Umweltverträglichkeit Wirtschaftlichkeit
Mensch
sozial
ökologischNatur ökonomisch Markt
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1618. Juli 2018
§ 1 Absatz (1) Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)
Zweck des Gesetzes ist eine möglichst sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche,
effiziente und umweltverträgliche leitungsgebundene Versorgung der Allgemeinheit
mit Elektrizität und Gas, die zunehmend auf erneuerbaren Energien beruht.
Versorgungssicherheit
Umweltverträglichkeit Wirtschaftlichkeit
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1718. Juli 2018
Was bedeutet Versorgungssicherheit ?
Leistungsregelung
Spannungshaltung
Frequenzhaltung
Netzwiederaufbau
Erwartungen der KundenAufgaben der Netzbetreiber
Gesicherte Leistung
Systemdienstleistungen
Hohe Verlässlichkeit
Aufgaben der Stromerzeuger
Netzbetriebsführung
Engpassmanagement
N-1-Sicherheit im Netz
Unterbrechungsfreie Versorgung
Niedrige Spannungsschwankungen
Niedrige Frequenzschwankungen
Stromerzeuger Netz Stromkunden
Verteilnetzbetreiber - VNBÜbertragungsnetzbetreiber – ÜNB
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1818. Juli 2018
Blackout in Italien
28.9.2003, 03:20 Uhr28.9.2003, 01:00 Uhr
Quelle: E.ON
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 1918. Juli 2018
Was bedeutet Versorgungssicherheit?
Unterbrechungsfreie Versorgung
Niedrige Spannungsschwankungen
Niedrige Frequenzschwankungen
Leistungsregelung
Spannungshaltung
Frequenzhaltung
Netzwiederaufbau
Erwartungen der KundenAufgaben der Netzbetreiber
Gesicherte Leistung
Hohe Verlässlichkeit
Systemdienstleistungen
Aufgaben der Stromerzeuger
Netzbetriebsführung
Engpassmanagement
N-1-Sicherheit im Netz
Stromerzeuger Netz Stromkunden
Verteilnetzbetreiber - VNBÜbertragungsnetzbetreiber – ÜNB
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2018. Juli 2018
Gesicherte Leistung und Jahreshöchstlast 2000
Quelle: www.bmwi.de – Energiedaten und eigene Berechnungen
Steinkohle
Erdgas
Sonstige (nicht erneuerbar)
Pumpspeicher
Biomasse
Lauf- und Speicherwasser
Solarenergie
Sonstige (erneuerbar)
Braunkohle
Kernenergie
Windenergie, offshore
Windenergie, onshore
0
50
100
150
200
250
Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung
GW
Freie
gesicherte
Leistung
96
Jahres-
Höchstlast
125 125
76
20
Nicht gesicherte Leistung
Geplante Nichtverfügbarkeiten
Ungeplante Nichtverfügbarkeiten
Systemdienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2118. Juli 2018
Gesicherte Leistung und Jahreshöchstlast 2013
1. www.bundesnetzagentur.de – Kraftwerksliste - Stand: 29. Oktober 2014 und
2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 2014 nach EnWG §12 Abs. 4 und 5 – Stand: 30. September 2014
Quellen:
Steinkohle
Erdgas
Sonstige (nicht erneuerbar)
Pumpspeicher
Biomasse
Lauf- und Speicherwasser
Solarenergie
Sonstige (erneuerbar)
Braunkohle
Kernenergie
Windenergie, offshore
Windenergie, onshore
0
50
100
150
200
250
Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung
Freie
gesicherte
Leistung
Jahres-
Höchstlast
104
180 180
81
23
GW
Nicht gesicherte Leistung
Geplante Nichtverfügbarkeiten
Ungeplante Nichtverfügbarkeiten
Systemdienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2218. Juli 2018
Gesicherte Leistung und Jahreshöchstlast 2016
1. www.bundesnetzagentur.de – Kraftwerksliste - Stand: 31. März 2017; KWSAL – Stand: 18. Juli 2017
2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 2017
Quellen:
Steinkohle
Erdgas
Sonstige (nicht erneuerbar)
Pumpspeicher
Biomasse
Lauf- und Speicherwasser
Solarenergie
Sonstige (erneuerbar)
Braunkohle
Kernenergie
Windenergie, offshore
Windenergie, onshore
0
50
100
150
200
250
Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung
Freie
gesicherte
Leistung
Jahres-
höchstlast
195 195
92,3
11,9
80,4
GW
Nicht gesicherte Leistung
Geplante Nichtverfügbarkeiten
Ungeplante Nichtverfügbarkeiten
Systemdienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2318. Juli 2018
Gesicherte Leistung und Jahreshöchstlast 2018
1. www.bundesnetzagentur.de – Kraftwerksliste - Stand: 31. März 2017; KWSAL – Stand: 18. Juli 2017
2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 2017
Quellen:
Sicherheitsbereitschaft + Netzreserve
Steinkohle
Erdgas
Sonstige (nicht erneuerbar)
Pumpspeicher
Biomasse
Lauf- und Speicherwasser
Solarenergie
Sonstige (erneuerbar)
Braunkohle
Kernenergie
Windenergie, offshore
Windenergie, onshore
0
50
100
150
200
250
Installierte Netto-Leistung Gesicherte Leistung
Freie
gesicherte
Leistung
Jahres-
höchstlast
205198
103,9
13,5
82,6
7,8
GW
96,1
Nicht gesicherte Leistung
Geplante Nichtverfügbarkeiten
Ungeplante Nichtverfügbarkeiten
Systemdienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2418. Juli 2018
Gesicherte Leistung und Jahreshöchstlast 2023
Fehlende
gesicherte
Leistung-50
0
50
100
150
200
250
Installierte Netto-
Leistung
Gesicherte Leistung
Sicherheitsbereitschaft + Netzreserve
Steinkohle
Erdgas
Sonstige (nicht erneuerbar)
Pumpspeicher
Biomasse
Lauf- und Speicherwasser
Solarenergie
Sonstige (erneuerbar)
Braunkohle
Kernenergie
Windenergie, offshore
Windenergie, onshore
Quellen: 1. www.bundesnetzagentur.de – Kraftwerksliste - Stand: 31. März 2017; KWSAL – Stand: 18. Juli 2017
2. Bericht der deutschen Übertragungsnetzbetreiber zur Leistungsbilanz 2076
236228
Jahres-
höchstlast
2018
-1,4
82,6
81,2 7,8
89,0
GW
Nicht gesicherte Leistung
Geplante Nichtverfügbarkeiten
Ungeplante Nichtverfügbarkeiten
Systemdienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2518. Juli 2018
Stromerzeuger Netz Stromkunden
Unterbrechungsfreie Versorgung
Niedrige Spannungsschwankungen
Niedrige Frequenzschwankungen
Verteilnetzbetreiber - VNBÜbertragungsnetzbetreiber – ÜNB
Leistungsregelung
Spannungshaltung
Frequenzhaltung
Netzwiederaufbau
Erwartungen der KundenAufgaben der Netzbetreiber
Gesicherte Leistung
Hohe Verlässlichkeit
Systemdienstleistungen
Aufgaben der Stromerzeuger
Netzbetriebsführung
Engpassmanagement
N-1-Sicherheit im Netz
Was bedeutet Versorgungssicherheit für die Stromerzeuger?
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2618. Juli 2018
Monat 2012 2013 2014 2015 2016
Januar 2 3 2 2 2
Februar 1 4 0 0 0
März 0 0 0 0 0
Oktober 0 0 0 1 0
November 1 3 3 0 0
Dezember 2 2 1 0 1
Summe 6 12 6 3 3
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
Leis
tun
g in
MW
Januar 2012
Wind
Solar
Last
Einspeisung aus Wind- und
Solarenergie jeweils kleiner als
10 Prozent ihrer installierten
Gesamtkapazität über eine
Dauer von mind. 24 Stunden
Das Phänomen Dunkelflaute
1. Einspeisedaten der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB)
2. european network of transmission
Quellen:
system operators for electricity (entso-e)
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2718. Juli 2018
GW
0
10
20
30
40
50
60
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80
14.01.2012 15.01.2012 16.01.2012 17.01.2012 18.01.2012
Dunkelflaute im Januar 2012
Gesamtlast
Residuallast
Windenergie
Solarenergie
Sonstige EE
EE-L
eist
ung u
nd L
ast
Andauernder Mangel an EE-Leistung in einer
Größenordnung von 40 bis 70 GW
Zeiten geringer Einspeisung von EEG-Strom – Die Dunkelflaute
1. Einspeisedaten der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB); 2. european network of transmission system operators for electricity (entso-e)Quellen:
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2818. Juli 2018
0
10
20
30
40
50
60
70
80
14.01.2012 15.01.2012 16.01.2012 17.01.2012 18.01.2012
Dunkelflaute im Januar 2012
Gesamtlast
Residuallast
Windenergie
Solarenergie
Sonstige EE
GW
EE-L
eist
ung u
nd L
ast
Speicherbedarf:
1200 GWh / Tag
entspricht
Die Dunkelflaute – Energiespeicher zur Deckung des Mangels?
1. Einspeisedaten der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB); 2. european network of transmission system operators for electricity (entso-e)Quellen:
Größenordnung:
60 Mio. Elektro-Autos à 20 kWh
2 Tsd. Druckluftspeicher à 600 MWh
140 große Pumpspeicher à 8,5 GWh
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 2918. Juli 2018
Energiespeicher für zu Hause– Was ist heute möglich?
Mercedes Benz
Energiespeicher
Home 2,5
Eaton-Nissan
xStorage Home
VARTA
HOME
sonnen
sonnenBatterie
Tesla
Powerwall 2
SystemLithium-Ionen
(Ni, Mn, Co)Lithium-Ionen
Lithium-
Eisenphosphat
Lithium-
EisenphosphatLithium-Ionen
Kapazität 𝑊 kWh 2,3 4,2 2,8 4,0 13,5
Abmessungen 𝐻 x 𝐵 x 𝑇 cm³ 47 x 43 x 29 140 x 70 x 25 132 x 60 x 40 137 x 64 x 22 115 x 76 x 16
Spannung 𝑈 V 39,7 - 54 ? 400 V AC ? ?
Dauer-
Spitzenleistung𝑃D / 𝑃P kW / kW 1,25 / - 3,0 / 6,0 2,4 / - 2,5 / - 5,0 / 7,0
Preis
ohne Montage€ 5411,- 4165,- 7952,- ca. 8500,- ca. 6000,-
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3018. Juli 2018
0
10
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50
60
70
80
14.01.2012 15.01.2012 16.01.2012 17.01.2012 18.01.2012
Dunkelflaute im Januar 2012
Gesamtlast
Residuallast
Windenergie
Solarenergie
Sonstige EE
GW
EE-L
eist
ung u
nd L
ast
Größenordnung:
10 Mio. sonnenBatterien à 4 kWh
Tagesspeicherkapazität 40 GWh
Anschaffungskosten: ca. 100 Mrd. €
Speicherbedarf:
1200 GWh / Tag
entspricht
Die Dunkelflaute – Energiespeicher zu Hause ?
1. Einspeisedaten der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB); 2. european network of transmission system operators for electricity (entso-e)Quellen:
40 GWh
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3118. Juli 2018
Was bedeutet Versorgungssicherheit?
Unterbrechungsfreie Versorgung
Niedrige Spannungsschwankungen
Niedrige Frequenzschwankungen
Leistungsregelung
Spannungshaltung
Frequenzhaltung
Netzwiederaufbau
Erwartungen der KundenAufgaben der Netzbetreiber
Gesicherte Leistung
Hohe Verlässlichkeit
Systemdienstleistungen
Aufgaben der Stromerzeuger
Netzbetriebsführung
Engpassmanagement
N-1-Sicherheit im Netz
Stromerzeuger Netz Stromkunden
Verteilnetzbetreiber - VNBÜbertragungsnetzbetreiber – ÜNB
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3218. Juli 2018
Aufgaben zur Umsetzung der Systemdienstleistungen
Betriebsführung:
Engpassmanagement:
Frequenzhaltung:
Spannungshaltung:
Versorgungswiederaufbau:
Betriebsplanung, Systemführung und Nachbearbeitung
Überwachen und Steuern der Netze und Anlagen
Durchführen von Schalthandlungen, Entstörungsmanagement
Messungen und Analysen der Spannungs- und Netzqualität
Bezugsoptimierung
Auswertung der Betriebsplanung
Erkennen von Übertragungsengpässen im Netz
Einleitung Gegenmaßnahmen. (Redispatch von Erzeugungsleistung)
Planung, Ausschreibung und Vergabe der Regelleistung
Laufende Verfolgung der Netzfrequenz
Anforderung der Regelleistung
Planung, Ausschreibung und Vergabe von Blindleistung
Laufende Verfolgung der Netzspannung
Anforderung der Blindleistung
Planung und Sicherstellung der Versorgungswiederaufbaustrategie
Bereithaltung schwarzstartfähiger Kraftwerke
Durchführung notwendiger Versorgungswiederaufbaumaßnahmen
+
+
+
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3318. Juli 2018
Versorgungsqualität - Frequenzschwankungen
Quelle: Wikipedia – Versorgungsqualität - 9.9.2016
Freq
uen
z
h
50,2
50,1
50,0
49,9
Freq
uen
z
50,2
50,1
50,0
49,9
49,8
Freq
uen
z
50,2
50,1
50,0
49,9
49,8
50,2
50,1
50,0
49,9
50,2
50,1
50,0
49,9
49,8
0 10 20 30 40 4849,8
Zeit
h 0 10 20 30 40 48Zeit
h 0 10 20 30 40 48Zeit
h
0 10 20 30 40 48Zeit
h 0 10 20 30 40 48Zeit
h49,8
Großbritannien Zentraleuropa Schweden
China (Osten) Singapur
Freq
uen
z
Freq
uen
z
Hz Hz Hz
Hz Hz
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3418. Juli 2018
Europäischer Netzverbund und deutsche Übertragungsnetzbetreiber
Übertragungsnetzbetreiber
in Deutschland (ÜNB)
European Network of Transmission System
Operators for Electricity (ENTSO-E)
Quelle: Wikipedia – Übertragungsnetzbetreiber - 21.4.2017Quelle: Wikipedia – Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber - 21.4.2017
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3518. Juli 2018
Regelleistung
Minutenreserve BilanzkreisausgleichPrimärregelleistung SekundärregelungTrägheit
Reg
elle
istu
ng
posi
tive
neg
ati
ve
30 s 5 min 15 min 1 h0 s Zeit
Die Regelleistung zur Frequenzhaltung wird im Wesentlichen
von konventionellen Kraftwerken bereitgestellt.
11.31.3.3
Gesellschaftliche Anforderungen an KraftwerkeVersorgungssicherheitSystemdienstleistungen
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3618. Juli 2018
Eine Abweichung von ca. 2 GW führt zu einer Frequenzänderung von ca. 100 mHz
± 3 GW PRL stabilisieren die Frequenz zwischen 49,8 und 50,2 Hz
In Deutschland halten die ÜNB im NRV ca. ± 4 GW SRL/MRL vor
Maßnahmen bei Frequenzabweichungen:
Welche Folgen ziehen Frequenzabweichungen nach sich ?
Quelle:
Volker Weinreich,
Tennet
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3718. Juli 2018
Solar; 1,04; 3%
Wind; 8,73; 22%
Bio; 5,22; 13%
Pumpspeicher; 0,45; 1%
Wasserkraft; 3,39; 8%Gas; 1,71; 4%Steinkohle; 2,19;
5%
Braunkohle; 8,16;
20%
Kernkraft; 9,80;
24%
Annahme: 2 % der konventionellen Leistung und 10 % der Leistung aus Wasserkraft sind als PRL verfügbar
Bereitstellung von Primärregelleistung
Solar; 2,21; 3%
Wind; 17,58;
22%
Bio; 5,88; 7%
Pumpspeicher; 1,45; 2%
Wasserkraft; 3,15; 4%
Gas; 4,41; 5%
Steinkohle; 20,04; 25%
Braunkohle
; 15,80;
19%
Kernkraft; 10,66;
13%
Wintertag (04.02.16 10:00), hohe Gesamtleistung (81,18 GW) Frühlingstag (17.05.15 06:00), niedrige Gesamtleistung (40,69 GW)
ausgeschriebene PRL: 793 MW ausgeschriebene PRL: 783 MW
0,02 * 50,91 GW = 1,02 GW 128 % der ausgeschriebenen PRL
0,1 * 3,15 GW = 0,32 GW 40 % der ausgeschriebenen PRL
0,02 * 21,86 GW = 0,44 GW 56 % der ausgeschriebenen PRL
0,1 * 3,39 GW = 0,34 GW 43 % der ausgeschriebenen PRL
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3818. Juli 2018
Wer stellt in Deutschland zur Zeit Regelleistung bereit ?
Laufwasserkraftwerke:1.
2.
3.
4.
Pumpspeicherkraftwerke:
Kernkraftwerke:
Kohlekraftwerke:
5. Gaskraftwerke:
6. Batterien:
Quelle: wemag.com
Quelle: swd-ag.deQuelle: siemens.com
Quelle: leag.de
Quelle: wikipedia.de
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 3918. Juli 2018
Wie wird Regelleistung zur Zeit in Deutschland erbracht ?
PRL SRL MRL
Laufwasser Wassermenge Wassermenge nicht wirtschaftlich
Pumpspeicher Wassermenge Wassermenge nicht wirtschaftlich
Kernkraft
Turbinenleistung über
die Dampfmenge
nicht wirtschaftlich nicht wirtschaftlich
Braunkohle Kesselleistung über
die Brennstoffmenge
Kesselleistung über
die BrennstoffmengeSteinkohle
Gas nicht wirtschaftlich nicht wirtschaftlich nicht wirtschaftlich
Müll - - Umleitbetrieb
Biogas - - „Virtuelle Kraftwerke“
Wind nicht verlässlich nicht verlässlich -
Solar nicht verlässlich nicht verlässlich nicht verlässlich
Batterien Ladung - -
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 4018. Juli 2018
1. Was wollen wir erreichen und wo stehen wir heute ?
2. Welche Herausforderungen kommen auf uns zu ?
3. Was sollten wir beachten und was können wir tun ?
Inhalt
Versorgungssicherheit -
Eine Herausforderung der Energiewende
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 4118. Juli 2018
Geplanter Aus- und Rückbau der konventionellen Kraftwerkskapazität
Quelle: Bundesnetzagentur, Kraftwerksliste Stand: 02.02.2018
0
20
40
60
80
100
in Betrieb 2018 Zubau 2018-2020 Stilllegung inkl. SB
2018-2020
Ausstieg Kernkraft
bis 2023
Kapazität 2023 Kapazität 2023
+ Reserve
Sicherheitbereitschaft (SB)
Netzreserve
Pumpspeicher und sonstige Speichertechnologien
Sonstige
Erdgas
Steinkohle
Braunkohle
Kernenergie
Leis
tung
GW
102
79
+ 2,3 - 4,6
- 9,5 8793
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 4218. Juli 2018
Entwicklung der Residuallast entlang der EEG-Ausbaupläne
Res
iduallast
h
Jahresstunden
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
GWDie Erneuerbaren Energien senken die Residuallast.
Die Spitzen der Residuallast bleiben aber bestehen.
Zur Abdeckung der Residuallastspitzen
ist gesicherte Leistung erforderlich.
8760 h
Prof. Dr.-Ing. Roland ScharfInstitut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
Seite 4318. Juli 2018
h
8760 h
Jahresstunden
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
GWZur Sicherstellung der Versorgungssicherheit
werden konventionelle Kraftwerke benötigt.
Mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien
werden merkliche Überschüsse produziert.
Überschuss und Mangel
Überschüsse durch Vorrang für „Must Run“
Systemdienstleistungen, KWK, Industrie
10–20 GW
Überschüsse aufgrund
negativer Residuallast
Export, Ausfallarbeit
40 GW
40 GW
Reservekraftwerke
zur Abdeckung der
gesicherten Leistung
(stehende Reserve)
Disponierbare Kraftwerke
zur Abdeckung der Residuallast
40 GWGeo
rdnet
e R
esid
uallast
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Seite 4418. Juli 2018
Institut für Kraftwerkstechnik und Wärmeübertragung
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