Das Verteilungsnetz der Zukunft neue Assets, Anwendungen und Dienstleistungen

1. Das Verteilungsnetz der Zukunft � neue Assets, Anwendungen und Dienstleistungen 16. Kassler Symosium Energie-Systemtechnik 6. Oktober 2011 Dr. Wolfgang Woyke

2. 2 Energiewende bedingt massive �nderungen auch in den Netzen Externer Einfluss durch Energiepolitik und neue Kundenw�nsche/-Anwendungen macht Netzmodernisierung zwingend erforderlich. Das Netz ist immer schon das Fundament des Energiesystems gewesen. F�r ein neues Energiesystems und neue Anwendungen ist auch im Netz ein Aus- und Umbau notwendig. Die aktuelle politische Debatte und Beschl�sse mit einem fr�heren Ausstieg aus der Kernenergie und einem noch schnelleren Umstieg auf die Erneuerbaren bedeutet f�r das Netz, dass auch hier die Modernisierung noch viel schneller vonstatten gehen muss, als bislang vorgesehen war.Externer Einfluss durch Energiepolitik und neue Kundenw�nsche/-Anwendungen macht Netzmodernisierung zwingend erforderlich. Das Netz ist immer schon das Fundament des Energiesystems gewesen. F�r ein neues Energiesystems und neue Anwendungen ist auch im Netz ein Aus- und Umbau notwendig. Die aktuelle politische Debatte und Beschl�sse mit einem fr�heren Ausstieg aus der Kernenergie und einem noch schnelleren Umstieg auf die Erneuerbaren bedeutet f�r das Netz, dass auch hier die Modernisierung noch viel schneller vonstatten gehen muss, als bislang vorgesehen war.

3. 3 Wie in Abbildung 1 dargestellt kann das elektrische Verteilnetz horizontal in die Starkstromseite (Prim�rtechnik) und die Seite zur Datenerfassung, Steuerung und Regelung erforderlichen Systeme (Sekund�rtechnik) unterteilt werden. In einer vertikalen Sortierung der Rollen von Verteilnetzbetreiber und Kunde lassen sich Technologien, die zur Optimierung des Netzbetriebs dienen dem Verteilnetzbetreiber zuordnen, w�hrend Technologien, die neue Anwendungen f�r Kunden darstellen eindeutig diesem zugeordnet werden k�nnen. Elektrische Energiespeicher als Sonderform k�nnen in unterschiedlicher Auspr�gung auf beiden Seiten auftauchen. Basierend auf diesem Ordnungsschema werden im Folgenden die einzelnen Technologien bzgl. ihrer technischen Auspr�gung und k�nftigen Einsatzes beschrieben. Wie in Abbildung 1 dargestellt kann das elektrische Verteilnetz horizontal in die Starkstromseite (Prim�rtechnik) und die Seite zur Datenerfassung, Steuerung und Regelung erforderlichen Systeme (Sekund�rtechnik) unterteilt werden. In einer vertikalen Sortierung der Rollen von Verteilnetzbetreiber und Kunde lassen sich Technologien, die zur Optimierung des Netzbetriebs dienen dem Verteilnetzbetreiber zuordnen, w�hrend Technologien, die neue Anwendungen f�r Kunden darstellen eindeutig diesem zugeordnet werden k�nnen. Elektrische Energiespeicher als Sonderform k�nnen in unterschiedlicher Auspr�gung auf beiden Seiten auftauchen. Basierend auf diesem Ordnungsschema werden im Folgenden die einzelnen Technologien bzgl. ihrer technischen Auspr�gung und k�nftigen Einsatzes beschrieben.

4. 4 Ortsnetztransformatoren mit Stufenschaltern sind in den h�heren Spannungsebenen Stand der Technik. Im Niederspannungsnetz werden nun erste Pilotger�te getestet, die in verschiedener Auspr�gung die Spannungshaltung aktiv unterst�tzen. Ortsnetztransformatoren mit Stufenschaltern sind in den h�heren Spannungsebenen Stand der Technik. Im Niederspannungsnetz werden nun erste Pilotger�te getestet, die in verschiedener Auspr�gung die Spannungshaltung aktiv unterst�tzen.

5. 5 In langen Netzausl�ufern des Niederspannungsnetz werden in wenigen Ausnahmesituation bereits heute Booster eingesetzt, die die Spannung aktiv regeln und damit von den angrenzenden Netzbereichen entkoppeln. Erste Pilotanwendungen zeigen, das diese Systeme bei hoher dezentraler Einspeisung k�nftig wohl neue Einsatzm�glichkeiten finden werden In langen Netzausl�ufern des Niederspannungsnetz werden in wenigen Ausnahmesituation bereits heute Booster eingesetzt, die die Spannung aktiv regeln und damit von den angrenzenden Netzbereichen entkoppeln. Erste Pilotanwendungen zeigen, das diese Systeme bei hoher dezentraler Einspeisung k�nftig wohl neue Einsatzm�glichkeiten finden werden

6. 6 Die Wechselrichter dezentraler Einspeisung sind technisch in der Lage die Spannung durch Blindleistungseinspeisung bzw. Bezug zu beeinflussen. Gesteuert durch Kennlinien kann dies dezentral ohne zus�tzlichen Aufwand f�r Kommunikation erfolgen. Alternativ k�nnen innerhalb von Netzsegmenten Regelkreise aufgebaut werden. Die Wechselrichter dezentraler Einspeisung sind technisch in der Lage die Spannung durch Blindleistungseinspeisung bzw. Bezug zu beeinflussen. Gesteuert durch Kennlinien kann dies dezentral ohne zus�tzlichen Aufwand f�r Kommunikation erfolgen. Alternativ k�nnen innerhalb von Netzsegmenten Regelkreise aufgebaut werden.

7. 7 Batteriespeicher in einer der Mittelspannung entsprechenden Dimensionierung zwischen einem und mehreren Megawatt Leistung sind als Containersysteme in Pilotanlagen verschiedener Batteriechemie verf�gbar. Es bieten sich verschiedene Anwendungen wie der Ausgleich fluktuierender Einspeisung aus erneuerbarer Energieerzeugung zur Direktvermarktung an. Weitere Anwendungsfelder sind die aus Entwicklungsregionen bekannten Inselnetze sowie zeitlich begrenzte Engp�sse im Netzausbau. Batteriespeicher in einer der Mittelspannung entsprechenden Dimensionierung zwischen einem und mehreren Megawatt Leistung sind als Containersysteme in Pilotanlagen verschiedener Batteriechemie verf�gbar. Es bieten sich verschiedene Anwendungen wie der Ausgleich fluktuierender Einspeisung aus erneuerbarer Energieerzeugung zur Direktvermarktung an. Weitere Anwendungsfelder sind die aus Entwicklungsregionen bekannten Inselnetze sowie zeitlich begrenzte Engp�sse im Netzausbau.

8. 8 Die sich rasch entwickelnde Ladetechnologie der Elektromobilit�t ist begleitet von einer rasch wachsenden Nachfrage nach Ladeleistung. Technische Begrenzungen der Geb�udeinstallation und der Hausanschlussleistung setzen hier erste Grenzen. Systeme, die den Ladevorgang zeitlich steuern, liefern aber M�glichkeiten, hier die Auslastung von Netzen zu optimieren oder als ausgleichender Speicher der Energieerzeugung neue Wertbeitr�ge zu erzielen. Die sich rasch entwickelnde Ladetechnologie der Elektromobilit�t ist begleitet von einer rasch wachsenden Nachfrage nach Ladeleistung. Technische Begrenzungen der Geb�udeinstallation und der Hausanschlussleistung setzen hier erste Grenzen. Systeme, die den Ladevorgang zeitlich steuern, liefern aber M�glichkeiten, hier die Auslastung von Netzen zu optimieren oder als ausgleichender Speicher der Energieerzeugung neue Wertbeitr�ge zu erzielen.

9. 9 Mit der F�rderung von eigen genutztem Strom aus PV Anlagen werden auch bei Privatkunden Batteriespeicher lukrativ. Auch wenn eine gro�fl�chige Verbreitung derzeit von den hohen Systemkosten aufgehalten wird, werden sich mittelfristig diese Systeme als Erg�nzung von PV Systemen im Markt etablieren. Es sind verschiedene Betriebsweisen im Netz denkbar, die f�r den Netzbetrieb unterschiedliche Auswirkungen haben. Dies sind die optimierte Eigennutzung von PV Strom, die Direktvermarktung von PV Strom, die Speicherung von PV Strom bei reduzierendem Einspeisemanagement oder die Reduktion von Netzlasten. Mit der F�rderung von eigen genutztem Strom aus PV Anlagen werden auch bei Privatkunden Batteriespeicher lukrativ. Auch wenn eine gro�fl�chige Verbreitung derzeit von den hohen Systemkosten aufgehalten wird, werden sich mittelfristig diese Systeme als Erg�nzung von PV Systemen im Markt etablieren. Es sind verschiedene Betriebsweisen im Netz denkbar, die f�r den Netzbetrieb unterschiedliche Auswirkungen haben. Dies sind die optimierte Eigennutzung von PV Strom, die Direktvermarktung von PV Strom, die Speicherung von PV Strom bei reduzierendem Einspeisemanagement oder die Reduktion von Netzlasten.

10. 10 Insbesondere die Anh�ufung neuer Anwendungen beim Kunden werden einen gro�en Einfluss auf das Lastprofil und die Gleichzeitigkeit, f�r die ein Kundenanschluss ausgelegt werden muss, haben. Bereits heute ist ab zu sehen dass dies Elektromobilit�t, dezentrale Erzeugung, Klimatisierung und Beleuchtungstechnik sein werden. Durch gezielte F�rderung dieser Anwendung in einem konzentrierten Versorgungsgebiet werden heute schon erste Planungsgrundlagen f�r die Netze der Zukunft gelegt. Insbesondere die Anh�ufung neuer Anwendungen beim Kunden werden einen gro�en Einfluss auf das Lastprofil und die Gleichzeitigkeit, f�r die ein Kundenanschluss ausgelegt werden muss, haben. Bereits heute ist ab zu sehen dass dies Elektromobilit�t, dezentrale Erzeugung, Klimatisierung und Beleuchtungstechnik sein werden. Durch gezielte F�rderung dieser Anwendung in einem konzentrierten Versorgungsgebiet werden heute schon erste Planungsgrundlagen f�r die Netze der Zukunft gelegt.

11. 11 Eine mit der Installation von PV einher gehende h�here Auslastung der Verteilnetze erzwingt, dass die Instrumentierung der Niederspannungsnetze mit Messtechnik ausgebaut werden muss. Durch den konzentrierten Ausbau einzelner Netzbereiche k�nnen Verfahren und Kriterien entwickelt werden, wie k�nftig Messtechnik f�r St�rungssuche und Meldesysteme aus zu legen sind. Eine mit der Installation von PV einher gehende h�here Auslastung der Verteilnetze erzwingt, dass die Instrumentierung der Niederspannungsnetze mit Messtechnik ausgebaut werden muss. Durch den konzentrierten Ausbau einzelner Netzbereiche k�nnen Verfahren und Kriterien entwickelt werden, wie k�nftig Messtechnik f�r St�rungssuche und Meldesysteme aus zu legen sind.

12. 12 F�r das Einspeisemanagement von PV Anlagen ist es notwendig, �ber die Dienstleistungen von Anbietern f�r Wetterprognosen hinaus die �rtliche Wettersituation zu erfassen. Kommerziell verf�gbare Systeme werden installiert, mit Kommunikationstechnik ausger�stet und in die Netzleittechnik integriert. F�r das Einspeisemanagement von PV Anlagen ist es notwendig, �ber die Dienstleistungen von Anbietern f�r Wetterprognosen hinaus die �rtliche Wettersituation zu erfassen. Kommerziell verf�gbare Systeme werden installiert, mit Kommunikationstechnik ausger�stet und in die Netzleittechnik integriert.

13. 13 Einspeisemanagement (EnWG) ist n�tig, um den praktischen Netzbetrieb sicherstellen zu k�nnen, da zeitweise vom Normalschaltzustand abgewichen werden muss. Im Fall von St�rungen, Wartungsarbeiten, Anschlusserstellung f�r weitere Kunden, Arbeiten von Dritten in der N�he von Versorgungsanlagen (Stra�enbau, Kanalbau�) etc. werden Netzteilabschaltungen und Netzumschaltungen vorgenommen. In den betroffenen Stromkreisen w�rde diese Zuschaltung von weiteren Einspeisern zu Netz�berlastungen bzw. �berspannungen f�hren. Deshalb ist es erforderlich, vor der Umschaltung in den betroffenen Stromkreisen Einspeisemanagement anzuwenden.Einspeisemanagement (EnWG) ist n�tig, um den praktischen Netzbetrieb sicherstellen zu k�nnen, da zeitweise vom Normalschaltzustand abgewichen werden muss. Im Fall von St�rungen, Wartungsarbeiten, Anschlusserstellung f�r weitere Kunden, Arbeiten von Dritten in der N�he von Versorgungsanlagen (Stra�enbau, Kanalbau�) etc. werden Netzteilabschaltungen und Netzumschaltungen vorgenommen. In den betroffenen Stromkreisen w�rde diese Zuschaltung von weiteren Einspeisern zu Netz�berlastungen bzw. �berspannungen f�hren. Deshalb ist es erforderlich, vor der Umschaltung in den betroffenen Stromkreisen Einspeisemanagement anzuwenden.

14. 14 F�r Meldeanlage, Steuerung und �berwachung werden neue Signale und weiter gehende Funktionen in der Netzleittechnik verarbeitet werden. Dabei sind geeignete Protokolle, Kommunikationsmedien und Aspekte der Datensicherheit zu ber�cksichtigen. F�r Meldeanlage, Steuerung und �berwachung werden neue Signale und weiter gehende Funktionen in der Netzleittechnik verarbeitet werden. Dabei sind geeignete Protokolle, Kommunikationsmedien und Aspekte der Datensicherheit zu ber�cksichtigen.

15. 15 Das zentrale Ger�t beim Kunden ist der Smart Meter. Obwohl er mit unterschiedlichen Funktionalit�ten ausger�stet sein kann, kann man davon ausgehen, dass er im Unterschied zum heutigen Standardz�hler mit Kommunikation ausger�stet ist. In Kombination mit den anderen Funktionen von Smart Grid wird er wohl die Schaltstelle f�r neue Anwendungen des Kunden und seinen dezentralen Erzeugungsanlagen sein. Das zentrale Ger�t beim Kunden ist der Smart Meter. Obwohl er mit unterschiedlichen Funktionalit�ten ausger�stet sein kann, kann man davon ausgehen, dass er im Unterschied zum heutigen Standardz�hler mit Kommunikation ausger�stet ist. In Kombination mit den anderen Funktionen von Smart Grid wird er wohl die Schaltstelle f�r neue Anwendungen des Kunden und seinen dezentralen Erzeugungsanlagen sein.

16. 16 Dienstleistung aus Sicht des Verteilnetzbetreibers

17. 17 Zusammenfassung Innovation im Verteilnetz erfordert regional und an die Situation angepasste Entwicklungsschritte Es m�ssen flexible L�sungsoptionen entwickelt werden f�r Neue leistungsstarke Anwendungen Dezentrale Erzeugungsstrukturen Komplexes Marktumfeld E.ON verfolgt ein ausgewogenes, Ziel f�hrendes Projektprogramm f�r die Innovation in seinen Verteilnetzen

18. Vielen Dank f�r Ihre Aufmerksamkeit