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Agora Toolbox für die Stromnetze

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Agora

Agora Energiewende | Toolbox für die Stromnetze - Für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien 2018 geplant. Diese Anlage ermöglicht eine weitere Verbindung des deutschen Netzes mit dem skandinavischen Netz, die gleichzeitig der Anbindung von Offshore-Windenergie an beide Netze dient. Die Fernübertragung ist hier als Drehstrom-Seekabel ausgeführt. Durch die HGÜ-Kurzkupplung wird nicht nur eine weitere Kopplung der asynchronen Netze ermöglicht, sondern auch der Leistungsfluss aus den an diese Verbindung angeschlossenen Offshore-Windparks zwischen den beiden Netzen gesteuert. Die HGÜ-Kurzkupplung soll so die Netzregelung bei fluktuierender Windenergieeinspeisung optimieren. HGÜ-Kurzkupplungen zur reinen Lastflusssteuerung wurden bisher in Deutschland noch nicht realisiert oder geplant. 3.4.3. Bewertung, Anwendungsgrenzen und Hemmnisse Die vorgestellten Möglichkeiten zur Lastflusssteuerung bieten gute Möglichkeiten, schon im Rahmen netzbezogener Maßnahmen überlastete Leitungen zu entlasten und so Redispatch, Einspeisemanagement und Netzausbau zu verringern. Der wesentliche Vorteil von FACTS, HGÜ-Kurzkupplungen und Phasenschiebertransformatoren ist, dass sie im vermaschten Drehstrom-Übertragungsnetz engpassminimierend regelbar sind. Die wirksame Kapazität beziehungsweise Induktivität und damit die Impedanz kann also an die jeweilige Situation angepasst werden. Verschiedene Arten von FACTS wurden weltweit in vielen verschiedenen Projekten eingesetzt, die Technologie ist also ausgereift. Außerdem bieten sie den Vorteil, dass sie eine sehr schnelle Reaktionszeit und geringe Verluste haben. Dadurch eignen sich FACTS vor allem, wenn häufige Lastflussänderungen auftreten. Die größten Nachteile von FACTS sind jedoch die hohen Investitionskosten. Das ist auch der Hauptgrund, weshalb Alternativen wie PST bevorzugt werden. 140 140 Ensslin, C. et al. (2008), Divan, D. et al. (2004) Wenn in Zukunft eine größere Steuerbarkeit der Lastflüsse gefordert wird (zum Beispiel aufgrund vermehrter Engpässe), wird der Einsatz von lastflusssteuernden Betriebsmitteln an Bedeutung gewinnen. Automatisierte und schnelle Lastflusssteuerungen können grundsätzlich zusätzlichen Nutzen stiften (siehe Kapitel 3.6). 141 Da Betriebsmittel zur Lastflusssteuerung innerhalb eines Umspannwerks oder innerhalb eines Gebäudes errichtet werden, kann eine höhere gesellschaftliche Akzeptanz als bei Leitungen erwartet werden. Bei der Umsetzung des Tools sind keine regulatorischen oder technischen Hürden zu erwarten. Es bedarf des Sammelns von Erfahrungen mit der koordinierten Wirkung von lastflusssteuernden Elementen im großflächigen Einsatz. 142 Kurz- bis mittelfristig können Phasenschiebertransformatoren eingesetzt werden, um an neuralgischen Punkten – an netztechnisch geeigneten Standorten – stark belastete Leitungen zu entlasten. Für die Umsetzbarkeit sind die Verfügbarkeit und die Einsatzmöglichkeit an diesen Standorten sowie die dortige Genehmigungsfähigkeit entscheidend. Zugleich sind beim Einsatz gegebenenfalls auch Rückwirkungen zwischen dem Übertragungsnetz und gegebenenfalls der 110-Kilovolt- Ebene im Verteilnetz zu beachten. 143 Zusammenfassung der Bewertung Betriebsmittel zur Lastflusssteuerung sind wirksame technologische Maßnahmen, um kurz- bis mittelfristig überlastete Leitungen zu entlasten und so beispielsweise Redispatch-Maßnahmen oder Netzausbau zu verringern. Daher sieht auch der aktuelle NEP mehrere Betriebsmittel zur Lastflusssteuerung vor. Weitere bestehende oder zukünftige Potenziale 141 Lopes, L. A. C. und Elamari, K. (2016) 142 Agora Energiewende (2017c) 143 Hierzu gibt es eine detailliertere Ausführung in dem Impulspapier zu Sofortmaßnahmen zur Optimierung der Stromnetze von Agora Energiewende (2017c) 52

STUDIE | Toolbox für die Stromnetze - Für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien für den Einsatz einer Lastflusssteuerung lassen eine steigende Nutzung dieser Technologien erwarten. 3.5. Online-Assistenzsysteme (Online-DSA) für die Netzleitstelle 3.5.1. Beschreibung und Abgrenzung Ist das Energiesystem in einem sicheren und stabilen Zustand, kann es Störungen überwinden, ohne dass die Versorgungssicherheit gefährdet wird 144 (siehe hierzu auch Kapitel 2). Um dies zu gewährleisten, wird das System zum einen entsprechend geplant und weiterentwickelt, und zum anderen wird durch die Betriebsführung, durch Überwachung und Steuerung der Betriebsmittel, die Einhaltung der Grenzen des sicheren Netzbetriebs zu jeder Zeit sichergestellt. 145 Doch die weiter steigende Volatilität der Betriebssituationen und die steigende Komplexität durch Einführung neuer Betriebsmittel erschweren den sicheren Netzbetrieb – und führen damit zu neuen Anforderungen an die Systemführung. Die verlässliche Beurteilung der Netzsicherheit ist daher von entscheidender Bedeutung. Heutzutage wird die Sicherheit im Netzbetrieb meistens durch stationäre Berechnungen beurteilt. Dabei wird das verfügbare Übertragungsvermögen unter der Annahme bestimmt, dass die Netzsicherheit nur durch zwei Zustände, vor Störungseintritt und im eingeschwungenen Zustand nach Störungseintritt, aber nicht vom transienten Übergang zwischen diesen beiden Zuständen, bestimmt wird. Oft werden hierbei nur thermische Grenzen berücksichtigt, da diese heutzutage meistens vor den Stabilitätsgrenzen wirksam sind. Die Einführung neuer Betriebsmittel, wie zum Beispiel Freileitungsmonitoring und Hochtemperaturleiterseile (Kapitel 3.2), erhöht jedoch die thermischen Grenzen, wodurch die genaue Bestimmung der Stabilitätsgrenzen im Netzbetrieb an Relevanz gewinnt. Im Gegensatz zur statischen Sicherheitsbeurteilung beinhaltet die Beurteilung der dynamischen Netzsicherheit (Dynamic Security Assessment, DSA) zusätzliche Methoden, um die Systemstabilität und Netzsicherheit im Verlauf einer Störung zu bewerten und, soweit möglich, Stabilitätsgrenzen genauer zu bestimmen. Das DSA ist bisher hauptsächlich ein Instrument der Netzplanung und nicht der Netzführung. Das bedeutet, dass die dynamische Stabilitätsanalyse im Voraus für alle wichtigen Fälle durchgeführt wird. Dafür sind bestimmte Vorhersagen des Verbrauchs und der Erzeugung nötig. Die zunehmende Erzeugung aus Wind- und Solarenergie variiert jedoch so stark, dass Vorhersagen immer wichtiger und aufwendiger werden und die Zahl potenziell relevanter Fälle ansteigt. Wenn die Netzplanung nicht mehr alle relevanten Fälle vorab berechnen kann, würden die Übertragungsgrenzen für den Netzbetrieb sinnvollerweise zur sicheren Seite abgeschätzt. Dadurch wird jedoch das Netz weniger effizient genutzt, als es tatsächlich ohne Gefahr für die Netzsicherheit möglich wäre. Online-DSA ist ein Assistenzsystem, das im Gegensatz zum bisherigen Offline-DSA einen schnellen Screening-Prozess des aktuellen Netzzustandes beinhaltet, wodurch sich die Zahl der zu berechnenden Fälle verringern lässt. Dadurch wird eine Echtzeitanalyse der Netzstabilität möglich, die den aktuellen Zustand berücksichtigt und keine langfristigen Vorhersagen benötigt. 146 Durch die Einführung von Online-Assistenzsystemen wie Online-DSA, die Berechnungen zur dynamischen Netzstabilität in Echtzeit ermöglichen, müsste weniger als bisher zur Bestimmung der Übertragungsgrenzen auf Abschätzungen mit Sicherheitspuffer zurückgegriffen werden. Um den aktuellen Zustand des Übertragungsnetzes möglichst genau zu erfassen, kommt die sogenannte Netzzustandsschätzung (State Estimation) zum Einsatz, die die Messsignale auswertet und mit redundanten Messdaten auch die Erkennung fehlerhafter Messwerte ermöglicht. 144 CIGRÉ Working Group C4.601 (2007) 145 CIGRÉ Working Group C4.601 (2007) 146 CIGRÉ Working Group C4.601 (2007) 53

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