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"Anforderungen an einen sicheren Betrieb des Elektroenergiesystems infolge der Energiewende" Darstellung des Stromversorgungssystems früher / heute /morgen.

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Präsentation zum Thema: ""Anforderungen an einen sicheren Betrieb des Elektroenergiesystems infolge der Energiewende" Darstellung des Stromversorgungssystems früher / heute /morgen."—  Präsentation transkript:

1 "Anforderungen an einen sicheren Betrieb des Elektroenergiesystems infolge der Energiewende" Darstellung des Stromversorgungssystems früher / heute /morgen bei Erzeugung, Netz, Speicherung und Verbrauch“ November 2014 Dipl.-Ing. W. Neldner NeldnerConsult, System und Elektrizitätsnetzberatung, Berlin, Germany

2 Gliederung 1.Die Komplexität des Energieversorgungs- Systems(EVS) 2.Was hat sich grundlegend geändert?- Der falsche Weg der „Durchschnittsbetrachtung“ 3.Lösungsansätze- Ganzheitlichkeit und Projektstruktur Markt und Naturstromnutzung ist kein Widerspruch, wenn die ökonomischen und physikalischen Systemanforderungen strikt beachtet werden November 20142www.NeldnerConsult.eu

3 November 20143www.NeldnerConsult.eu Die Elektrizitätssysteme sind nicht nur in technisch-technologischer Hinsicht sehr komplex € oder € §§ der Menschdie Regulierung

4 Alle Betriebszustände tragen zur Funktionalität des EVS oder dessen Wiederherstellung bei: November 2014www.NeldnerConsult.eu4 Infrastruktur-System EVS Netzbereich (reguliert) Normalbetrieb Stress-Betrieb (Frühwarnung) Stör-Betrieb (Alarm) Teil-/Totalausfall (Notfall) Wiederaufbau (Schwarzstart) Markt Restriktion

5 November 20145www.NeldnerConsult.eu Ein vereinfachtes Schema des deutschen EVS SOS-Kriterien(EnWG §13): 1.Überall Spannung (0,4 – 380) kV 2.Wirkleistungsbalance/ stabile Frequenz (50 Hz+/- 0,2) 3. Keine Überlast im Netz(n-1) 4. Systemschutzfähigkeit 5. Sinusstabilität 6.Inselbetriebsfähigkeit und Schwarzstartfähigkeit 7.Erhalt des Stromverbundes in Europa und Deutschland Min = 30 GW Max = 80 GW Elektrizitätssystem Export/Import max. 15 GW ! Speicher (Notfälle) marktabhängig Fahrplan(BKM) Tageszeit Zeitgeist KMUIndustrieHaushalte 100% Fahrplan EE-Vorrang! Min ? EE-Erzeug.Konvent. Erzeuger (0-95)%

6 Gesamtübersicht (Asymmetrie in der Statik, wesentliche und anhaltende Zunahme der Dynamik) NS MS MS HS HöS P-Netzschnittstelle(Hö,Ho,MS,NS) dP/dt (Ort, Dauer, Kosten,..) dU/dt (Ort, Dauer, Kosten,…) RZ im Verbund oder Insel ?, RZ- Verantwortung PV Wind offshore Regionale (Last-) Aspekte, RZ-Mit- verant- wortung Seite 6 November 2014

7 Gliederung 1.Die Komplexität des Energieversorgungs-Systems( EVS) 2.Was hat sich grundlegend geändert?- Der falsche Weg der „Durchschnittsbetrachtung“ 3.Lösungsansätze- Ganzheitlichkeit und Projektstruktur Markt und Naturstromnutzung ist kein Widerspruch, wenn die ökonomischen und physikalischen Systemanforderungen strikt beachtet werden November 20147www.NeldnerConsult.eu

8 Eine wesentliche Kenngröße für alle Betriebsphasen: Der „elektrische Fahrplan“ Elektrischer Fahrplan: November 2014www.NeldnerConsult.eu8 t(h) P(MW) W = ∑ (P (i) x t(i) ) Energie= Leistung mal Zeit, also ein durchschnittlicher Energiewert ist leider kein durchschnittlicher Leistungswert !!, bzw. : Leistung gleich Null heißt, es ist dunkel!- trotz durchschnittlicher Energiebereitstellung

9 Befriedigung der Nachfrage/N durch Erzeugung/E - die Zeit bis November 2014www.NeldnerConsult.eu 9 W el N = W el E = P el E x 8760 h 1 Jahr W el E W el N 1 Jahr P el N P el E = Z (h)

10 Befriedigung der Nachfrage durch Erzeugung - die Zeit ab November 2014www.NeldnerConsult.eu 10 W el N = W el E = P el E x 8760 h 1 Jahr P el E = P konv. + P EE + P reser W el N 1 Jahr P el N P el E = Z (h) PRPR P EE P(konv.)

11 Befriedigung der Nachfrage durch Erzeugung - in wenigen Jahrzehnten - November W el N = W el E = P el E x 8760 h 1 Jahr W el N = W el E(PV), aber Strom nur tagsüber und nur bei Sonne- also rein rechnerisch!! W el N 1 Jahr P el N P el PV Z (h) ??? =

12 12 Für RZ 50Hertz Für Gesamtdeutschland Die fünf Herausforderungen für die Systemstabilität bei der Leistungsbilanz Quelle: Gutachten Neldnerconsult zum VNB

13 November Quelle: Coreso News, Weekly report, 2012 week /08/2012 till 09/08/2012, S. 03; zitiert nach: Neue Herausforderungen- Erneuerbare Energien(EE): Die Produktion der EE-Kraftwerke ist nicht last-, sondern strikt naturgebunden (!), mitunter ergibt die Addition ein Supermaximum, mitunter nur „Null“

14 November 2014www.NeldnerConsult.eu14 Sommer Praktisch anhaltend kein Wind und – sonnensystembasiert – nur am Tage Sonne !! Quellen: Coreso, Day Ahead report for 05/07/2013, S. 04; zitiert nach: ; Coreso, Day Ahead report for 12/07/2013, S. 04; zitiert nach: KW 28 KW 29

15 November 2014www.NeldnerConsult.eu15 Entwicklung der Windkraft in Deutschland – eine ausgeprägte Nord-Süd-Asymmetrie (2012, in GW) 2012gesamt SH+ 0,33,5 NI+ 0,47,3 HH00, gesamt MV+ 0,32,0 BB+ 0,24,8 B00 ST+0,23,8 2012gesamt NW+ 0,13,1 RP+ 0,31,9 HE+0,10,8 SL0,030,1 2012gesamt SN+ 0,031,0 TH0,10,9 2012gesamt BW+0,020,5 BY+0,20,8 (+) (-)

16 ……..und was bedeutet das für die Netzkapazität und die Systemdienstleistungen ??? 16 Last konvent. Erzeugung Reserveleistung (z.B. PSW, Gas) Netzkapazität Infolge: a) Vorrang, b) energetischer Ausbeute bei 5-20% der EE-KW sinkt: die Auslastung der konvent.KW und steigt: massiv die geforderte Netz-und Reserve- KW-kapazität, die derzeitige Regelleistung reicht dafür keinesfalls !! 1 Jahr PEPE PRPR P EE EE-Kraftwerke (Vorrang) 2014

17 17 Mit dem Fortschreiten der Energiewende und dem damit verbundenen Einsatz von Naturenergien, die nur ein sehr geringes energetisches Vollzeitdargebot aufweisen können, wird ein erheblich größeres und leistungsstärkeres ÜNB- und VNB - Netz und ein viel umfangreicheres Netz- und Systemmanagement benötigt. Daraus folgen zusätzliche Anforderungen zur Gewährleistung der EVS-Funktionalität (also – sehr frei nach §13 EnWG – anforderungsgerechte Wirkleistung/ Frequenz; Spannung/ Blindleistung; Systemstabilität; exzellentes und trainiertes Betriebspersonal u.v.a.) Erstes Zwischenfazit Quelle: Gutachten Neldnerconsult zum VNB

18 Gliederung 1.Die Komplexität des Energieversorgungs-Systems(EVS) 2.Was hat sich grundlegend geändert?- Der falsche Weg der „Durchschnittsbetrachtung“ 3.Lösungsansätze- Ganzheitlichkeit und Projektstruktur Markt und Naturstromnutzung ist kein Widerspruch, wenn die ökonomischen und physikalischen Systemanforderungen strikt beachtet werden November www.NeldnerConsult.eu

19 November ? sicher „System- stabilisatoren“ Ein sicheres EVS wird durch regelzoneninterne „Systemstabilisatoren“ abgestützt und abgefedert, also vorhandene oder neue Einrichtungen, die nach strengen Kriterien präqualifiziert werden und zur Systemsicherung dienen und von ÜNB/ VNB eingesetzt werden Quelle: Gutachten Neldnerconsult zum Systemstabilisator

20 Der Systemstabilisator- die anlagenkonkreten Kriterien als Anforderungen an systemsichernde Einrichtungen(regenerativ und konventionell) von heute und morgen !!! Gesicherte Aufruf-und Startbereitschaft des Systemstabilisators Anforderungsgerechte und unverzögerte Leistungs-und Spannungsbereitstellung, einschließlich der geforderten Änderungsgeschwindigkeiten, Echtzeitdaten an ÜNB/VNB Inselbetriebsfähigkeit, autarker oder (abgesichert) unterstützter Wiederanfahrbetrieb Abgesicherte (Brennstoff-)Bevorratung am Erzeugungsstandort !! Erprobtes Konzept für Mindest-, Alternativ und Notbetrieb, einschließlich einsatzbereites Bereitschaftspersonal und Treibstoffbereitstellung Erprobtes Konzept für übergreifendes Training der zuständigen Führungskräfte und der Diensthabenden im Operativsystem Leistungsspannbreite: % der höchsten Systemlast als Normierungs- grundlage, weitere wissenschaftlich-praktische Untersuchung erforderlich, starke Abhängigkeit von Besonderheiten der Regelzone, der verfügbaren(!) Kuppelkapazität und dem Status der konventionellen u. regenerativen Kraftwerke, sowie vor allem der (noch vorhandenen) Pumpspeicherwerke November 2014www.NeldnerConsult.eu20

21 Pumpspeicherwerke (PSW)- als bipolare Systemstabilisatoren, extrem schnell und zuverlässig bei der Systemsicherung, Quelle: Gutachten Neldnerconsult zu PSW November 2014www.NeldnerConsult.eu21  PSW sind einsetzbar bei a) der Erzeugung elektrischer Leistung (Generatorbetrieb) b) dem Verbrauch elektrischer Leistung (Pumpbetrieb) c) der Speicherung von Elektrizität d) der Spannungsregelung e) dem „Schwarzstart“(ohne Fremdenergie) u.a. Dienstleistungen 1 – Unterbecken 2 – Oberbecken Pumpen und Generatoren sind im Berg (Kaverne) 1 2 Quelle: Dow Jones, Energy Weekly, Nr. 15, Freitag, 13. April 2012.

22 22 Basierend auf den Erfahrungen schwerer Netzstörungen großer Systeme ist die Online-Bereitstellung, Auswahl und übergreifende Bewertung geeigneter Echtzeitdaten, die hinreichend genau die Robustheit, die Überlebensfähigkeit und Wiederherstellbarkeit des Elektrizitätsversorgungssystems beschreiben, von entscheidender Bedeutung. Bei Systemen mit einer tatsächlich mehrheitlichen Leistungsbereitstellung aus stochastisch und naturgebundenen Energiequellen wie PV und Wind ist deshalb unverzüglich eine umfassende Echtzeitdatenbereitstellung aller Erzeugungen und wesentlicher Nachfragegruppen mit einer geeigneten Äquivalentierung für ein sicheres EVS unbedingt erforderlich. Zweites Zwischenfazit

23 November www.NeldnerConsult.eu Einige wichtige Maßnahmen (kurz- und langfristig) ? Erhalt gesicherter konvent. KW (Kohle) Ausbau Offshore Leitungsbau - sofort! Training mit operativem Personal!!! Notfallpläne und AHK USV + Treibstoff + Kommunikation neues Energie- sicherungs- gesetz (EnSiG) Internationale Leitungen, verstärken, neue bauen Speicher- vorhandene nutzen, neue bauen Anreize für Laststeuerung zu- und abschaltbare Leistung Info - offensive pro stabiles Strom-System „System- stabilisatoren“- sofort

24 Exkurs: Nachhaltiger Erfolg nur durch funktionierende Technik und trainiertes Personal Das Wunder vom Hudson: Glück allein reicht nicht! Air-France-Absturz: Nur ein Pilotenfehler? November 2014www.NeldnerConsult.eu24 Vor einem Jahr notwasserte der mutige Pilot Chesley „Sully“ Sullenberger mit einem Airbus mitten im Hudson River in New York. Alle Passagiere überlebten – fast unverletzt! Quelle: Die Instrumente des Airbus zeigten falsche Daten an, die hilflosen Piloten waren schlecht ausgebildet […]. Quelle:

25 . Danke für Ihre Aufmerksamkeit November www.NeldnerConsult.eu

26 26 Schlussfolgerungen (Auswahl) Der Netzausbau ist eine entscheidende Säule bei der wirksamen Umsetzung der Energiewende. Daneben gewinnen die Systemdienstleistungen beim weiteren Fortschreiten der Energiewende eine systematisch zunehmende Bedeutung (Angebot, Auswahl, Vergütung, Kontrolle). Als entscheidende Stellschraube wird sich die Erfassung, Weiterleitung und ungehinderte Bewertung der Echtzeitdaten erweisen. Die Kooperation und Koordinierung der VNB untereinander, der VNB mit den regelzonenverantwortlichen ÜNB und den vielen neuen (Multi-)Akteuren und zukünftig auf europäischer Ebene(z.B. über EDSO, über ACER und ENTSO-E) muss forciert werden. Die Zunahme von Stresssituationen erzwingen eine Intensivierung von Prävention, z.B. bei übergreifenden Trainings. Das politisch-rechtliche und regulatorische Regelwerk muss dringend präzisiert und erweitert werden (Genehmigungen und Zertifizierung, Markt und Produkte, kriterielle Betrachtung usw.)


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