Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in das ... · Integration von dezentralen...
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Inhalt
2. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: GridSurfer4
Netzintegration Erneuerbarer Energien2
Kurzvorstellung EWE 1
Was intelligente Netze brauchen…6
1. Beispiel für ein Forschungsprojekt der EWE: eTelligence3
Vom Consumer zum Prosumer: Die EWE Trio Smart Box4
Technische Kennzahlen des EWE Stromnetzes
-
Spannungsebenen: 20kV / 0,4kV
-
fast 100% verkabelt in beiden Spannungsebenen
-
Jahresspitzenlast: ca. 2GW
-
Installierte erneuerbare Einspeiseleistung: ca. 3,5GW
-
Mittlere jährliche Ausfallzeit je Kunde: 3min/a
-
146 Umspannwerke 110kV/20kV
8
Ziele: 2020 2030 2040 2050
Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch
18% 30% 45% 60%
Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung
35% 50% 65% 80%
Offshore Installierte Leistung 25 GW
Entwicklung des Primärenergieverbrauchs (ggü. 2008)
-20% -50%
Entwicklung des Stromverbrauchs (ggü. 2008) -10% -25%
Endenergieverbrauch im Verkehr (ggü. 2005) -10% -40%
Steigerung der Energieproduktivität pro Jahr 2,1%/a
Sanierungsrate für Gebäude (Gesamtbestand) 2%/a
Minderung der Treibhausgasemissionen (ggü. 1990)
-40% -55% -70% -80%
Anzahl Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen Ca. 1 Mio. Ca. 5 Mio.
Quantifizierte Ziele auf einen Blick
Politische Weichenstellungen – Ziele aus dem Energiekonzept
9
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
MW
EWE Netz
E.ON Netz
ausgewiesene Vorrangflächen4300
38143664
3484
Einspeisezusage (mit Angebot)Einspeisezusage (z. Teil in Bau)Stand 31.12.2009
Prognose
Entwicklung der Windenergie im Netzgebiet der EWE
Bilanzleistung der EWE vom 1.10.2009 bis 30.9.2010
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 20
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8Übergabeleistung Eon
Wirkleistung [GW]
Wah
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dich
te [1
/GW
]
U > 1.05 pu
U <0.98 pu
RR71
RR72
1x500 kW
RR21
RR0B
110 kV
RR0C
UW BremervördeT122
RR22
SAEbersdorf
RR024x150 kW1x600 kW
4x1800 kW 3x900 kW
4x600 kW
3x600 kW
RR41
RR42
RR31
SAMulsum
SAElm
3x165 kWG
RR53 RR51
SASelsingen
2x75 kW1x140 kW4x600 kW
3x300 kW
2x250 kW
1x536 kW
G
G
G
G
24.7 km
30.3 km21.7 +
26.3km
17.5 + 11.9 +
17.4 km
18.6 + 20.9 km
6.4 km
1. ProblemBeispiel für die neuen Lastflüsse im Netz: EWE
MS-Netz Bremervörde
Was ist eTelligence?
Das FuE-Projekt „eTelligence“ ist ein Gewinner des BMWi-Technologiewettbewerbs „E-Energy“.
gefördert durch das
Das eTelligence-Ziel
Demonstration und Erprobung: Regionales Energieversorgungssystem der Zukunft•
Hoher Anteil Erneuerbarer Energien
•
Intelligente Systemintegration von Erzeugern und Verbrauchern mittels moderner IKT
•
Gesamtlösung: Einbindungen aller Verbraucher und Erzeuger
•
Zukunftsfähigkeit-
Liberalisierungskonform
-
Effiziente Integration der Erneuerbaren Energien•
Optimierung des Energiepolitischen Dreiecks
(Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit)
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Vom Verbraucher zum aktiven Marktteilnehmer
eTelligence demonstriert mit ausgewählten Gewerbekunden:
•
technische Machbarkeit-
Prognose von Verbrauch und Lastverschiebepotential
-
Eingriff in die Steuerungstechnik-
Umsetzung des optimierten Fahrplan mittels Fernsteuerung
•
wirtschaftlichen Nutzen-
Ankopplung an bestehende
Märkte (z.B. EEX)-
Kennenlernen der neuen Prozesse
-
Konzeption zukünftiger Energieprodukte
Hintergrund
Erwartungshaltung:Elektromobilität hat das Potential die Stromversorgungsnetze vor ähnliche
technische Herausforderungen zu stellen, wie die durch das EEG und KWKG geförderte dezentrale Energieerzeugung:
Zielstellung / Herausforderung:Eine möglichst Kostenoptimale und Energieeffiziente Integration der
Ladeinfrastruktur in die Stromversorgungsnetze, d.h. Vermeidung von Netzausbau und bestmögliche Nutzung regenerativer Energien.
Potentialabschätzung:
40 Mio PKW,
15.000km / a, 0,2 kWh/km 120 TWh
Aber vollständig im Verteilnetz!
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Wichtig: Berücksichtigung der Netzinfrastruktur
Beispiel: ausschließlich marktgetriebene Elektromobilität führt zur Überlastung der Verteilnetze!
20 kV
1 kV
16:00
18:0017:0019:00
2:00
EEX Spot
Spannungshaltung eines Niederspannungsnetzes bei ungesteuertem Laden
Quelle: EWE NETZ, Bachelorarbeit Rainer Fennen
Bewertung:Bereits ab 25%
Elektrofahrzeuge wird in diesem Netz
Ausbau notwendig
Spannungshäufigkeit Land (abends)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1
Netzspannung Übergabestelle bezogen auf Un
kumulierte An
zahl der Kun
denanschlüsse in [%
]
75%
50%
25%
0%
Zeitliche Entwicklung der Netzintegration von Elektrofahrzeugen
Ausdehnung
Zeit
NS-NETZ
MS-NETZ
HS-NETZ
HöS-NETZ
Regelzone
Verbundnetz
Testfahrzeuge Einzelfahrzeuge
am Hausanschluss
Fuhrparks an
MS-Ladestationen
Privatfahrzeuge & Fuhrparks an
verschiedensten MS-Stationen
Projekt GridSurfer | Seite 26
Anforderungen in der MittelspannungWiederholung aller DEA-Probleme in Mittelspannungsnetzen?
Technische Anforderungen an MS-Ladestationen zur Vermeidung der Probleme
• Spannungshaltung (statisch und dynamisch)
• Auslastung von Betriebsmitteln, insbesondere von Umspannern
• Betriebsführung
• Schutzkriterien
20 kV
P+jQ
1. Grenzleistung
Q
P
2. speziell STATCOM
Q
P
3. Q-Dynamik (Spannungsregelung)
t
Qt
= 50 -
100 ms
t
P
4. P-Dynamik (Regelenergie)
t
= 200 -
500 ms (Primärreserve)t
= 50 -
100 ms (Spinning Reserve)
5. BDEW 2008
t
U
Schlussfolgerung: Nutzung von „Kraftwerkseigenschaften“, wie sie beispielsweise moderne WEA bereits heute bieten!
6. Netzleitstelle
NEXT|ENERGY: Batteriewechselstation
Technische Daten●Energiespeicherung und Netz‐Rückspeisung
●Speicherkapazität:6 Akkus à 30 kWh = 180 kWh
●Ladeumformerleistung:6 x 60 kW = 360 kW
●Netzintegration mitFACTS‐Eigenschaften(Flexible AC Control System)
●Netzregelung durch definierte Blindleistungseinspeisung
•
zeitvariabler Stromtarif•
zeitvariabler Erdgastarif
•
Telefon-
und DSL-Flat*
•
smartbox: der intelligente DSL-Router•
Webportal
•
Monats-Check •
Display**
* Bündelung mit DSL-
oder LWL-Produkt der EWE TEL GmbH
** optional
Das Produktpaket seit Februar 2011
EWE trio smartbox geht an den Start
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Die Intelligenz des technischen Systems sitzt in der smartbox, einem speziell modifizierten DSL-Router
30
Webportal
DSL-Router
Strom-
und Erdgaszählermobiles Display
EWE trio smartbox im Kundenhaushalt
Die Komponenten sorgen für Transparenz und ermöglichen die Optimierung des Energiehaushalts
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Webportal Monats-Check Display
Zum ersten Mal kann der Energieverbrauch gesehen, verstanden und bewusster beeinflusst werden
32
Visualisierung des Energieverbrauchs
•
Energie aus einer neuen Sicht
•
Energiedaten jederzeit im Blick (Verbrauch, Kosten, CO2-Emission)
•
Aktives Sparen durch verändertes Energiebewusstsein und -verhalten
Zeitvariable Tarife für Strom und Erdgas
•
Möglichkeit der zeitlichen Verschie-
bung von Strom-
und Gasverbrauch
•
nur geringe Komforteinbußen durch großzügige Sparzeit (64% der Wochenzeit)
Neue innovative Technik
•
Teilnahme an Energiewelt der Zukunft
•
Intelligente smartbox als Basis für zukünftige Erweiterungen
•
smartes Touchscreen-Display
Visualisierung der CO2-Emission
•
Transparenz steigert Umweltbewusstsein
•
persönlicher Beitrag zur CO2-
Reduzierung nachvollziehbar
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Smart Meter liefern wertvolle Messdaten zur Spannungshaltung und Auslastung
Voraussetzung für neue Netzregelungskonzepte zur effizienten Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen und Elektrofahrzeugen
35
Qualitative Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von „Smart Grids“
35
Dezentralisierung der Energieerzeugung
volk
swirt
scha
ftlic
he K
oste
n
„klassischer“
Netzausbau
Smart Grids
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Optimales Netzleistungsniveau
Ein auf kurz auftretende Last-
bzw. Einspeisespitzen ausgerichtetes (überdimensioniertes) Netz ist aus ökonomischer Sicht nicht
sinnvoll
Grenznutzen der Kapazitätserweiterung steht in einem Missverhältnis zu den Grenzkosten des Netzausbaus
Kosten/
Nutzen
Wohlfahrtsverlust
Optimum
Grenznutzen einer höheren Leistungsfähigkeit des Netzes
Grenzkosten der Kapazitätserweiterung
Leistungsfähigkeit des Netzes
Fläche = Häufigkeit x Dauer
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Betriebsmittelauslastung im Smart Grid
klassischer Netzausbau
Wahrscheinlichkeit p(S)
Smart-Grid
Pfringstnachmittag:Kaum Last, viel Sonne
Fussball-WM, Regen
Scheinleistung S / MVA
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Intelligente Netze von Morgen brauchen …
•
Investitionsanreize und Investitionssicherheit•
F&E-Tätigkeiten der Akteure (insbesondere Netzbetreiber)
Aktualisierung des derzeitigen Ordnungsrahmens•
Garantierten Zugang des Netzbetreibers zu relevanten Messdaten und Kostenanerkennung durch die Regulierung
•
Smart Meter erfassen für Netzführung wichtige Spannung
Vermeidung von doppelter Infrastruktur und „stranded investments“
für Messtechnik und Kommunikationsanbindungen
•
eine gesamtwirtschaftliche Betrachtungsweise•
Bereitstellung einer „Kupferplatte“
durch den Netzbetreiber ist gesamtwirtschaftlich nicht sinnvoll
•
Randbedingungen des Netzbetriebes müssen in marktgetriebene Optimierung einfließen
•
EEG-Ausbau verursacht im Verteilnetz Kosten, die durch Smart Grid-Konzepte volkswirtschaftlich vermindert werden können.