TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 1 ETG-Fachtagung Hamburg, 7.-8.10.2003 Effizienzsteigerung.

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1 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 1 ETG-Fachtagung Hamburg, 7.-8.10.2003 Effizienzsteigerung durch operative Maßnahmen im Transportnetz der EnBW AG zur Abwicklung von Übertragungsdienstleistungen Referent: Jürgen Wolpert EnBW Transportnetze AG - Betriebsführung Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

2 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 2 E F P I B NL DK CH A PL CZ SK H SLO HR YU MK BIH AL GR UA Synchron-Teil 1 Zentral-Europa BG RO D L Synchron-Teil 2 Südost-Europa EnBW Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Geographische Lage der EnBW

3 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 3 Maxima der Austauschprogramme im Dezember 2001 Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

4 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 4 Physikalische Lastflüsse und Sollaustauschprogramme am 20.12.01, 02.30 Uhr Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Bodensee EW Aach TWS EGL ATEL RWE E SÜWAG Bürs Metzingen Weil- See- wiesen Mühlhausen Möhringen Oberjettingen Rotensohl Dellmensingen Kupferzell Laichingen Engstlatt Obermooweiler Wendlingen Bünzwangen Kühmoos Philippsburg Neurott Höpfingen Villingen Laufenburg RTE Pulverdingen Goldshöfe Niederstotzingen Großgartach Trossingen Grünkraut Neckarwestheim Stockach Weier Bühl Birkenfeld Oberwald Hüffenhardt Weinheim Karlsruhe Altlußheim Wiesloch Krh-Ost Kuppenheim Eichstetten Tiengen Gurtweil Daxlanden Obrigheim Heidelberg Hoheneck Schwörstadt Beuren APG Heilbronn Endersbach Altbachimdorf Wehr Frankreich Schweiz Österreich  Übergaben  E.ON Netz 1540 MW 2070 MW NOK 450 MW 130 MW Soll-AT EON => EnBW = 83 MW Soll-AT RWE => EnBW = 560 MW ! 60 MW ! ! ! RTE 240 MW Soll-AT D => A = 486 MW (EnBW => A = 364 MW) Soll-AT D => F = 1779 MW (EnBW => F = 62 MW) ! Soll-AT D => CH = 4893 MW (EnBW => CH = 141 MW) phys. Bezug phys. Lieferung FP-Bezug FP-Lieferung I > 90% Legende: 380-kV-Leitung ! 220-kV-Leitung  Übergaben  RWE-Net 2290 MW

5 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 5 Hohe Auslastung des Transportnetzes der EnBW-AG aufgrund hoher Nord-Süd- Lastflüsse in Europa In der Nacht des 20.12.01 (Schwachlastzeit) kritische, nicht vorherzusehende Netzzustände mit massiven Verletzungen des n-1-Kriteriums über mehrere Stunden Aufgrund des hohen Vermaschungsgrades und der großen Anzahl beteiligter Partner lassen sich die „klassischen“ Methoden des Engpassmanagements nur mit großem Aufwand anwenden  Es mussten weitere Möglichkeiten zur Engpassbewältigung und zur Effizienzsteigerung des Netzes gefunden werden  Durchsuchen des Netzes auf „stille Reserven“ (z.B. Kontrolle der Engpasswerte, Anpassung von Messwandlern)  In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für elektrische Energieversorgung wurde im Rahmen einer Studie das Transportnetz auf diese Möglichkeiten hin untersucht. Zur Anwendung kam das Programmsystem NEMAS ( N etz E ngpass MA nagement S ystem) Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Ausgangszustand Ende 2001:

6 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 6 gestern Übertragungsnetzbetreiber Erzeuger Märkte Kunde Bilateral (OTC) Warenterminbörsen Spotmärkte Futures und Options Operatives Netzengpassmanagement Bestimmen der minimal notwendigen Einspeiseverlagerung Vorschlag korrektiver Abhilfemaßnahmen Detektion der Netzengpässe Fahrpläne des Folgetages heute morgen Betriebsführung des Folgetages Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Operatives Netzengpassmanagement

7 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 7 Einhaltung oberer und unterer Spannungsgrenzen an den Knoten Engpassfreier Netzzustand bedeutet: Einhaltung oberer Stromgrenzen auf den Zweigen Einhaltung des maximalen Kurzschlusswechselstromes an den Leistungsschaltern Gewährleistung der Ausfallsicherheit Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Anforderungen der Betriebsführung

8 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 8 Mathematische Modellierung Beispiel: Restriktion Θ der Spannung am Knoten k: Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW UkUk U min,k U max,k Einhaltung oberer und unterer Spannungsgrenzen an den Knoten

9 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 9 Zustandsraum begrenzt durch Nebenbedingungen Entscheidungsvariablen Vertraglich gebundene Wirkleistungseinspeisungen Korrektive Einspeiseverlagerung Spannungsniveau Stufung der Kompensationselemente Transformatorstufenstellungen Querrichtung Transformatorstufenstellungen Längsrichtung Vertraglich gebundene Blindleistungseinspeisungen Kontinuierlich Diskret Verschaltung der Erzeuger Verschaltung der Kunden Verschaltung der Kompensationselemente Verschaltung der Zweige Netz- topologie Im Rahmen der System- dienstleistungen Zustandsraum Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

10 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 10 Ziel Bestimmen eines engpassfreien Systemzustandes, unter Berücksichtigung aller Entscheidungsvariablen bei minimaler Einspeiseverlagerung Zielfunktion Problem ist nicht analytisch beschreibbar ist stark nichtlinear mit diskreten und kontinuierlichen Entscheidungsvariablen generiert ein hochdimensionales System Zielfunktion Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

11 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 11 Generierung einer Anfangspopulation Generierung einer Anfangspopulation zufällige Erzeugung einer Kindgeneration durch Rekombination zufällige Erzeugung einer Kindgeneration durch Rekombination Mutation der Kinder Selektion neuer Eltern aus der Population Selektion neuer Eltern aus der Population Bewertung der Individuen ZF  Fitnessfunktion LFR ASR KSR ZF = 0? Konvergenz? Anz. Generationen? Konvergenz? Anz. Generationen? Alle ÜDL möglich! Ausgabe der korrektiven Einspeiseverlagerung ja nein ja LFR Evolutionsstrategie Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

12 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 12 Die untersuchten Lastfälle: Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Anhand dieser Fälle Maßnahmen zur Engpassbeseitigung und Effizienzsteigerung des Netzes herausfinden Erstellung eines Maßnahmenkatalogs zur Anwendung in der Hauptschaltleitung der EnBW Transportnetze AG Inhalt der Studie

13 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 13 Fall 1: 20.11.2001, 02:30 Netzengpässe bei Ausfall eines Betriebsmittels Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Auslastung 90100110120130140 150 % Variante 3 (alle Freiheits- grade) Variante 1 (nur Topologie- änderungen) 90100110120130140150 % 90100110120130140150 % Grundzustand Auslastung

14 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 14 Fall 2: 20.12.2001, 02:30 Netzengpässe bei Ausfall eines Betriebsmittels Variante 1 (nur Topologie- änderungen) Variante 2 (nur Einspeise- verlagerungen) Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW 90100110120130140150 % 90100110120130140150 % 90100110120130140150 % Auslastung Grundzustand

15 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 15 Variante 3 (alle Freiheits- grade) Variante 4 (8 freie Topologiemaß- nahmen+ Einspeise- verlagerungen) Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Fall 2: 20.12.2001, 02:30 Netzengpässe bei Ausfall eines Betriebsmittels 90100110120130140150 % 90100110120130140150 % Auslastung Grundzustand 90100110120130140150 %

16 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 16 Variante 5 (8 vorgegebene Topologiemaß- nahmen+ Einspeise- verlagerungen) Variante 6 (Einspeise- verlagerungen im Randnetz) Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW Fall 2: 20.12.2001, 02:30 Netzengpässe bei Ausfall eines Betriebsmittels 90100110120130140150 % 90100110120130140150 % Auslastung Grundzustand 90100110120130140150 %

17 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 17 Erläuterung zu Variante 6: Einspeiseverlagerungen im Randnetz Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

18 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 18 Fazit Hohe Nord-Süd-Transaktionen verursachen Netzengpässe im Netz der EnBW (sowohl im Transportnetz als auch z.T. im 110-kV-Netz). Ein Großteil der Netzengpässe kann durch die im Maßnahmenkatalog aufgeführten Maßnahmen beseitigt werden. Durch zusätzliche korrektive Einspeiseverlagerungen werden die meisten Untersuchungsfälle engpassfrei. Bei selten vorkommenden “Extrembelastungen” (Fall 2) ist eine Kooperation mit den Nachbar-Netzbetreibern zur Netzengpassbeseitigung unvermeidlich. Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW

19 TNG-B-FÜ J.Wolpert Bergische Universität Wuppertal, Oktober 2003 EnBW TransportnetzeAG Nr.: 19 Zusammenfassung und Ausblick >Untersucht wurde speziell die bisher kritischste Netzsituation, die durch Transite hervorgerufen wurde > Zur Anwendung kam im Rahmen der Studie ein Lösungsverfahren, das auf Evolutionsstrategien beruht >Erstellung eines Maßnahmenkatalogs zur Engpassbeseitigung und Effizienzsteigerung > Es wurde gezeigt, dass die Netzprobleme durch Durchtransporte hervorgerufen wurden > Effizienz des Netzes durch punktuelle Verbesserungen im Netz erhöhen > Zusammenarbeit mit den Nachbar-Netzbetreibern verstärken Effizienzsteigerung im Transportnetz der EnBW