MONA 2030 - Merit Order Netz-Ausbau 2030 - ffe.de€¦ · 2 Nutzung elektrischer Energie für...

1

MONA 2030 - Merit Order Netz-Ausbau 2030

2

Nutzung

elektrischer

Energie für

Mobilität und

Wärme Sicherer

Netzbetrieb

Mehrwert für

gesamtes

Energiesystem Technisch-

wirtschaftliches,

aber auch

ökologisch-

gesellschaftliches

Optimum

Zukunft

Stromnetz

Merit Order Netz-

Ausbau 2030

3

www.ffe.de/mona

Szenarien

Netztopologie Lastgänge

Typnetze

Projektsteckbrief MONA 2030 – Systemübergreifender Vergleich Netzoptimierender Maßnahmen

Maßnahmen

SIM

UL

AT

ION

SIM

UL

AT

ION

Merit Order

Eckdaten

• Projektlaufzeit: 10/2014 bis

09/2017

• 16 Projektpartner: VNBs, ÜNBs

und Industrie aus DE und AT

• Budget: 2,64 Mio. €

Motivation

Ganzheitliche, systemübergreifende

Bewertung Netzoptimierender

Maßnahmen für eine robuste und

nachhaltige Netzplanung auf Basis

eines transparenten Szenario-

Prozesses

4

MONA – Szenarien

5

www.ffe.de/mona

Szenario-E

ntw

icklu

ng

Untersuchung des Themenumfeldes

1 Identifikation potenzieller Einflussfaktoren

2 Untersuchung der Wirkzusammenhänge der Einflussfaktoren

3 Auswahl von Schlüsselfaktoren und Bestimmung von Störfaktoren

4 Festlegung geeigneter Deskriptoren und Entwicklung der Schlüsselfaktoren

Bildung von Rohszenarien

6 Erarbeitung der MONA-Szenarien

Aufbereitung der Szenario-Daten für die Bewertung der NoM

5

Die Entwicklung der MONA-Szenarien gliedert sich in sechs Phasen

6

www.ffe.de/mona

Es konnten 18 Schlüsselfaktoren identifiziert und kategorisiert werden, die Grundlage der Szenarien bilden

Verbrauchsfaktoren Erzeugungsfaktoren

• Konventioneller

Kraftwerkspark

• Erneuerbarer

Kraftwerkspark

• Einsatz der KWK

• Speichertechnologien

Externe Faktoren

• CO2-Preise

• Brennstoffpreise

• Ausbau europäischer

Übertragungskapazitäten

• Technologische Entwicklungen

Rahmenfaktoren

• Digitalisierung der Energieversorgung

• Gesellschaftliche Akzeptanz für Infrastrukturprojekte

Regionalisierung und Simulation

• Umweltziele

• Politische Eingriffe

• Europäische Marktkopplung

• Wirtschaftsstruktur und -wachstum

• Demografische Entwicklung

• Energieeffizienz

• Struktur/Technologie der Wärmebereitstellung

• Verkehrsaufkommen und -struktur

7

www.ffe.de/mona

ÜN Abgebildet

in ISAaR

VN Abgebildet

in GridSim

SZ

EN

AR

IEN

Auswertung

Verfügbare Netzoptimierende

Maßnahmen auf ÜN-Ebene (z.B. indust. Demand Response, Power2Gas)

Einfluss ÜNB

Erzeugungs- und Verbrauchsgang

je Netzknoten und Netzebene

Erzeugungs- und

Verbrauchsfaktoren,

Informationen über

Spannungsebenen

Auswertung

Basisnetz-Topologie

Einzellastgänge

Typnetze

Erzeugungsgang und Verbrauch Erzeugungs- und

Verbrauchsfaktoren

Auswertung

Der Szenarien-Prozess als Grundlage für Netzsimulationen

Einfluss VNB,

IKT-Anbindung

Verfügbare Netzoptimierende

Maßnahmen auf VN-Ebene (z.B. steuerbare Haushaltsverbraucher)

8

www.ffe.de/mona

TOP-Ergebnisse aller MONA-Arbeitspakete: Die TOP 4 der MONA-Szenarien

Ein transparenter Szenario-Prozess1 hat gezeigt, dass mithilfe von fünf

Szenarien eine differenzierte Bewertung von NoM möglich ist.

1

Das Potenzial von NoM wird stark durch die Entwicklung des regulatorischen

Rahmens sowie den daraus resultierenden Einflussmöglichkeiten der

netzrelevanten Akteure bestimmt.

2

Für die Abbildung der Möglichkeiten im zukünftigen Stromnetz und die

Bewertung von NoM ist eine regionalisierte Darstellung von Erzeugung und

Verbrauch entscheidend.

3

1Regett, A.; Wachinger, K.; Zeiselmair, A.: Schlüsselfaktoren für den Einsatz netzoptimierender Maßnahmen - Zwischen

Transparenz und Komplexität in: BWK Ausgabe 12/2015, S. 48-50. Düsseldorf: Verein Deutscher Ingenieure (VDI), 2015

Maßgebliche Faktoren für die Bewertung von NoM sind das Erreichen der

Energiewende-Ziele, der Digitalisierungsgrad, die gesellschaftliche Akzeptanz

und die Brennstoff- und CO2-Preisentwicklung

4

9

MONA – Basisdaten

10

www.ffe.de/mona

<

FREM – Regionalisiertes Energiesystemmodell der FfE

Aufbau und Struktur

Datenformate

csv, png, xls, pbf, shp, xml, grib, …

Datenquellen

destatis, DWD, DLR, OSM, EEX, …

Automatisierte

Aktualisierung

Basiert auf

Phyton, SQL, …

Datenbasis

Projekt-

arbeit

Basis für

Berechnungen

11

www.ffe.de/mona

Basisdaten – Detaillierte Abbildung von Erzeugungs-anlagen: z.B. Wohin entwickeln sich die VLS von WEA?

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

2000 2005 2010 2015

mit

tle

rer

Ertr

ag in

h/a

Jahr

Ertrag

zzgl. Windertragsindex©FfE MOS-RegMod_00747

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

mit

tle

rer

Ertr

ag in

h/a

WEA bzw. Szenario

2012

2013

©FfE MOS-RegMod_00749

Szenario „MOS, Mix 2030“

• Neue WEA mit im Mittel 120 m Nabenhöhe

• Repowering nicht explizit berücksichtigt

• VLS höher als im NEP (2.000 h/a) + 30 TWh Windstrom

Modellierung basierend auf COSMO-EU Wettermodell des DWD und verschiedenen Kennlinien (Herstellerangaben)

y = 1,0567xR² = 0,9518

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000

EEX

in M

W

Modell in MW

©FfE z_int-100 Regionenmodell_00049

12

www.ffe.de/mona

Basisdaten: Regional hoch aufgelöste Verbrauchsdaten – Lastgang für zwei ausgewählte Wochen

Beispiele

01020304050607080

050

100150200250300350400

Mo Di Mi Do Fr Sa So

Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

De

uts

chla

nd

in G

W

Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

Lan

dkr

eis

in M

W

private Haushalte Wärmepumpe NSH Verkehr

Landwirtschaft GHD Industrie, Netzbezug Ensto-E


Sommer

Winter

01020304050607080

050

100150200250300350400


Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

De

uts

chla

nd

in G

W

Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

Lan

dkr

eis

in M

W



©FfE MOS-RegMod_00586 0

10

20

30

40

50

60

70

0

50

100

150

200

250

300

350


Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g D

eu

tsch

lan

d in

GW

Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g La

nd

kre

is in

MW




01020304050607080

01020304050607080


Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g D

eu

tsch

lan

d in

GW

Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g La

nd

kre

is in

MW



©FfE MOS-RegMod_00589 01020304050607080

01020304050607080


Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

De

uts

chla

nd

in G

W

Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

Lan

dkr

eis

in M

W




0102030405060708090

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400


Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

De

uts

chla

nd

in G

W

Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

Lan

dkr

eis

in M

W



©FfE MOS-RegMod_00591 01020304050607080

0

200

400

600

800

1.000

1.200


Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g D

eu

tsch

lan

d in

GW

Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g La

nd

kre

is in

MW




01020304050607080

050

100150200250300350400450500


Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

De

uts

chla

nd

in G

W

Ve

rbra

uch

erl

astg

ang

Lan

dkr

eis

in M

W



©FfE MOS-RegMod_00593 01020304050607080

050

100150200250300350400450


Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g D

eu

tsch

lan

d in

GW

Ve

rbra

uch

erl

ast

gan

g La

nd

kre

is in

MW




Bochum

Flensburg

München

Altötting (ChemDelta Bavaria)

13

www.ffe.de/mona

Clusteranalyse realer Niederspannungsnetzdaten zur Identifikation repräsentativer Basisnetztopologien Untertitel

14

www.ffe.de/mona

Erstellung eines konsistenten Übertragungsnetzmodells für Deutschland und (reduziert) für Europa

2

BNETZA-Datensatz

• Amprion, Transnet BW,

TenneT, 50Hz

• APG

3

Zukünftige Projekte

1

Statische

Netzmodelle

• Daten nach EnWG §12f

• NEP, ONEP für Deutschland

• TYNDP für Europa

• HVDC Projekt-Websites

4

OSM-Daten und

Google Maps

• Georeferenzierung

• Manuelle Zuweisung bei

fehlenden Datensätzen

Technical

Info.

Geo-

graphic

Info.

15

MONA-Maßnahmen

16

www.ffe.de/mona

Identifikation von Netzoptimierende Maßnahmen (NoM) und anschließende Klassifizierung

Blindleistungs- management

Gleichspanungs- verteilnetz

Demand Side Management in Haushalten

Regelbarer Orts- netztransformator

Elektrofahrzeuge zur Netzentlastung

Quartierspeicher zur Netzentlastung

Freileitungs- monitoring

Hybridisierung Strom, Wärme, Gas

Hausspeicher- systeme zur

Netzentlastung

Topologische Schalthandlungen

Einspeise- management / Redispatch

Demand Response in der Industrie

Längsregler

Konventioneller Netzausbau

17

www.ffe.de/mona

Ganzheitliche Analyse der Netzoptimierenden Maßnahmen anhand etwa 70 Kriterien Die einzelnen Kriterien gliedern sich in vier übergreifende Kategorien

Wirtschaft Technologie

Sekundärer Mehrwert und Beitrag

zur Betriebsführung Gesellschaft & Umwelt

Betrieblich Technisch

Netzebene

Abrufbarkeit

IKT-Bedarf

Störungsanfälligkeit

Spannungshaltung Einfluss auf den

Blindleistungshaushalt

Wirkungsgrad

Akteur

Variable Betriebskosten Lebensdauer

Einsatzpotenzial

Investitionen Fixe Betriebskosten

Technisches Risiko

Landschaftseingriff und

Flächenverbrauch

Lärmbelastung

Verfahrensgestaltung

EMV

Frequenzhaltung

Auswirkung auf die

Betriebsführung

Bereitstellung von Betriebsreserven

Erhöhung der Autarkie

eines Netzgebiets

Zusätzlicher Mehrwert Frequenzhaltung

18

www.ffe.de/mona

Morphologischer Kasten als Kenngrößen-Datenbank für alle NoM – hier P2H: Kategorie „Wirtschaft und Politik“ Die Kategorie „Wirtschaft und Politik“ umfasst alle Kriterien der einzelnen Maßnahmen, welche die Wirtschaftlichkeit der Maßnahme für alle Akteure bestimmen.

Wirtschaft & Politik

Akteure

Alle Stakeholder der Energiewirtschaft

Investitionen

Definition Unterscheidung der Anlage & der Erschließung (Teil IKT)

Anlagen:

Heizstab ca. 18 €/kWel

Elektrodenheizkessel ca. 80 – 160 €/kWel

Luft/Wasser-Wärmepumpe ca. 1500 €/kWth

Sole/Wasser-Wärmepumpe ca. 2100 €/kWth

Kostenwälzung

Dezentral reduzierte Netzentgelte für einzelne Verbraucher (uVE)

Zentral Kosten für Regelleistung (Leistungsvorhaltung) wird auf

die Netzentgelte umgelegt.

Wer zahlt die NoM?

Investition: Anlagenbetreiber

Steuerung: Netzbetreiber

19

www.ffe.de/mona

Exemplarische Detailanalysen NoM: Berechnungs- methodik für Gesamtpotenzial von Freileitungsmonitoring

Input Daten Zwischenergebnisse Identifikation Ergebnis

stündliches

Überlastungspotenzial

jedes

Leitungsabschnitts in %

Zuordnung von

Leitungsabschnitt zu

Leitung

Verknüpfung der OSM-Netze mit

statischem Netzmodell

Berechnung der

Leitungsauslastung

mit statischem

Netzmodell

Berechnung der

Leitungsauslastung

mit stündlichem

Überlastungspotenzial

mit FLM

Statisches Netzmodell

der FfE

Leitungen mit

dem höchsten

FLM-Potenzial

Leitungen mit

der höchsten

Belastung

stündliches Überlastungspotenzial

je Leitung

Vergleich der

Berechnungen

+

Ableitung des

Gesamtpotenzials

ISAaR

20

www.ffe.de/mona

Freileitung

• Überspannung von Wald möglich, Schutzstreifen

eingeschränkt nutzbar

• Feldstärke: el. bis 9kV/m, mag. 52 μT

• Geräuschentwicklung (bes. bei Feuchtigkeit)

• Avifaunistische Gefährdung

Exemplarische Detailanalysen NoM: Bewertung der Umweltauswirkungen des konventionellen Netzausbaus

Erdkabel

• In Waldgebiet Schneise nötig, landwirtschaftliche

Nutzung möglich, Bebauung nicht möglich

• Zusätzliche zahlreiche Muffenbauwerke notwendig

• Großflächiger Eingriff in Bodenstruktur (gerade

während Bauphase), Austrocknung des Bodens

• Keine Immissionen (ggf. durch Nebenbauwerke)

Große Unterschiede in der Schutzgutbewertung

zwischen Freileitung und Erdkabel

Individuelle, kleinräumige Bewertung der verschiedenen Schutzgüter

21

www.ffe.de/mona

Andreas Zeiselmair, M.Sc. Quartierspeicher

An

sp

rec

hp

art

ne

r

Fazit

Regulatorische Hürden und

finanzielle Doppelbelastung machen

einen Einsatz zur Netz- oder

Eigenverbrauchsoptimierung

aktuell nicht wirtschaftlich.

Zu

kü

nft

ige

En

twic

klu

ng

• Die NoM wird hauptsächlich im Verteilnetz auf

Niederspannungsebene eingesetzt

• Einsatz im Mittelspannungsnetz ist ebenfalls möglich

• Netzanschluss erfolgt an einem eigenen Netzknoten

Ein

sa

tzg

eb

iet

Ein

ord

nu

ng

Syn

erg

ien

&

Me

hrw

ert

• Hohe Forschungsanstrengungen bieten Potenzial für

starke Senkung der Batterie-Zellpreise

• Hohe Dynamik in der aktuellen Marktentwicklung mit

einer Vielzahl an Pilotprojekten

• Notwendige Anpassung des regulatorischen

Rahmens sind gefordert und zu erwarten

• Synergien bestehen für die Zukunft hinsichtlich

Eigenverbrauchsoptimierung im Quartier

• Multi-Use Ansätze bieten weitere Erlöspotenziale bei

Vermarktung an weiteren Märkten

• Vielzahl an Vermarktungsoptionen prinzipiell denkbar,

insbesondere bei Vermarktung im Pool

• Standardausführung bietet einfache Installation und

flexiblen (mobilen) Einsatz

• Erhöhung des Autarkiegrads des Netzgebiets

möglich

• Unbundling-Vorgaben verhindern flexiblen Multi-Use

Betrieb durch Netzbetreiber

Erstellung von Steckbriefen aller NoM als Überblick der Detailanalysen – z.B. „Quartierspeicher“

22

www.ffe.de/mona

Erste Ergebnisse: z.B. Regulatorische Bewertung der NoM

Netzorientierte

Maßnahmen

Netzoptimierende

Betriebsführung

Netzoptimierende

Betriebsmittel

Konventionelle

Maßnahmen

Legende

Speicher

(Netzasset)

ONT

Längsregler

Freileitungs-

monitoring

Entflechtungskonform Entflechtungshürden

C/O-Verhältnis

Quartier-

speicher*

E-Fzg.

(Laden)*

Hausspeicher

*

Hybridisierung

Strom/Wärme*

DSM

DR

EinsMan &

Redispatch

* Netzbetreiber ≠ Anlageneigentümer

rONT

1

2

3

Blindleistungs-

management

4

5

Ladesäulen

0

HGÜ

HS/HöS

Konventioneller

Kabelbau NS/MS

23

MONA-Einsatzreihenfolge

24

www.ffe.de/mona

Verwendung von Simulationstools für Netzberechnung Die GridSim zur Berechnung von Verteilnetzen

Auswirkungen der

Parameter auf das

Stromnetz und Netzgebiet

Jahressimulation mit

Lastflussberechnung

Ladesteuerungen

rONT

Q-Regelungen

P-Regelungen Quartierspeicher

Netzausbau Längsregler

NoM Netzgebiete

Stat. Batterien Elektrofahrzeuge

PV-Anlagen Haushaltslasten

Netztopologie

Wiederholungen

Szenarien

Berechnungsergebnisse je Zeitschritt und Objekt

Spannungen Ströme Reglerzustände SoC

Auswertungen

Spannungsgrenzen Auslastung Netzstabilität CO2 Kosten

Zufallsverteilungen

25

www.ffe.de/mona

Vielfältige Auswertungsmöglichkeiten durch Lastflussberechnungen in Verteilnetzen

26

www.ffe.de/mona

ISAaR

Integriertes Simulationsmodell zur Anlageneinsatz- und -ausbauplanung mit Regionalisierung

Kraftwerksausbau- und -einsatz Wirtschaftlichkeit von

Speichern Speicherausbau- und -einsatz Netzauslastung Sektorkopplung Exportposition Systemgesamtkosten Strompreismodellierung CO2-Emissionen Wärmepreise Abregelung EE ...

Dateninput Analyse

27

www.ffe.de/mona

Nutzwertanalyse auf Basis des Morphologischen Kastens zur Erstellung einer Ausbaureihenfolge

Gruppierung ähnlicher Kriterien Bestimmung repräsentativer Faktoren

Investitionen

Betriebskosten

Lebensdauer

…

Annuitätische Kosten

Flexibilität und Regelbarkeit

Leistungsgradient

Regelgenauigkeit

…

Flexibilitätskoeffizient

€

Aus etwa 67 Kriterien erfolgt durch Aggregation in repräsentative Faktoren

als Grundlage für eine ganzheitliche, systemübergreifende Bewertung

28

www.ffe.de/mona

Bisherige Veröffentlichungen, Konferenzen und Workshops im Projekt MONA 2030

Okt. 2014 Projektstart

Nov. 2014 Workshop

Im Lenkungskreis

Dez. 2014 Veröffentlichung

BWK Magazin Projektstart, Ausblick

Nov. 2014 energy20 week

gibt Projektstart bekannt

Sept. 2017 Projektende Feb. 2015

Veröffentlichung bayern innovativ

Verfahren, Szenarien

März 2015 Veröffentlichung

Österreichs Energie Aufbau, Ziele

Juni 2015 2. Workshop im Lenkungskreis

Sept. 2015 Veröffentlichung BWK Magazin

Umfang, Optimum, Mehrwert, Ausblick

Sept. 2015 Veröffentlichung et Zeitschrift

Trends, Entwicklungen

Okt. 2015 Veröffentlichung et Zeitschrift

Erklärung Morph. Kasten

Jan. 2016 3.Konferenz zukünftige

Stromnetze Elektrifizierung, EE (v.a. Wind), NoM Überblick,

Kennzahlen

März 2016 31. Symposium PV Solarenergie

NoM, Integration PV

Nov. 2015 Symposium

ISESO Modellierung Übertragungsnetz

Nov. 2015 3. Workshop im Lenkungskreis

März 2016 10. Konferenz zu

Speicherung von EE (IRES), Bedeutung

Energiespeicher für die Netzintegration

Apr. 2016 Workshop des

Lenkungskreises

Nov. 2016 VDE/IKT

Mai 2016 ATZ: Netzintegration mit

Elektrofahrzeugen im systemübergreifenden

Vergleich

Nov. 2016 5. Workshop im Lenkungskreis

Apr. 2017 Öffentliche

Ergebnisveranstaltung

29

www.ffe.de/mona

Unterstützung des Projekts MONA 2030

16 Unternehmen

unterstützen das Projekt..

... und ermöglichen damit bis September 2017

über 15 Personenjahre an Netzforschung!

Merit-Order Netzausbau 2030

30

www.ffe.de/mona

Kontakt zum Projekt MONA 2030

Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.

Projektleitung: Florian Samweber

Simon Köppl

Tel.: 089 / 15 81 21 – 55

E-Mail: [email protected]

Adresse: Am Blütenanger 71

80995 München

Web: www.ffe.de/mona

mailto:[email protected]

http://www.ffe.de/mona

MONA 2030 - Merit Order Netz-Ausbau 2030 - ffe.de€¦ · 2 Nutzung elektrischer Energie für...

Documents

Transcript of MONA 2030 - Merit Order Netz-Ausbau 2030 - ffe.de€¦ · 2 Nutzung elektrischer Energie für...