automatische netzregelung als alternative zum … · dr. enno wieben . die zunehmende einspeisung...
TRANSCRIPT
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%
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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%
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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)
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
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
Status
Archiv
Fehler-
meldungen
Messwerte
Schalterstellung
EISMAN
Sollwerte
Status
HTTP / TCP
Messwerte
Schalterstellung
EISMAN
Analogsignal 4…20mA
Sollwerte
(Messwerte)
Messwerte
Sollwerte
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
Aktueller Referentenentwurf Energiemarktgesetz
21
voraussichtlich 2016 wird die gesetzliche Grundlage geschaffen
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
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
BTC NetWork Forum Energie | 29. September 2015 | Dr. Enno Wieben
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Dr.-Ing. Enno Wieben
EWE NETZ GmbH
Cloppenburger Str. 302
26133 Oldenburg
Tel.: 0441 / 4808-2110
www.ewe-netz.de