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Beobachtbarkeit und Steuerbarkeit im Energiesystem

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Handlungsanalyse der dena-Plattform Systemdienstleistung. Julie 2016

4 Status quo,

4 Status quo, Herausforderungen und Lösungsansätze für BuS im Verteilnetz. 4.3 Weiterentwicklung von Messkonzepten in Verteilnetzen mit hohem EE- Anteil. Um eine optimierte Nutzung vorhandener Netzkapazitäten zu erreichen, haben einige Verteilnetzbetreiber folgende Messkonzepte in ihre Betriebsführung integriert: • Freileitungsmonitoring (Hochspannungsebene) • Auslastungsmonitoring (Hoch- und Mittelspannungsebene) • Sensitivitätsanalyse für das Hoch- und Mittelspannungsnetz unter Einbezug von Informationen aus dem Höchstspannungsnetz (Hoch- und Mittelspannungsebene) Freileitungsmonitoring. Hauptbegrenzungsfaktor für die Übertragungskapazität von Freileitungen ist die Betriebstemperatur des Leiterseils, die durch den Stromfluss im Leiter und die Außentemperatur beeinflusst wird. Bei Freileitungen ohne Monitoring existieren feste Normwerte, die den Stromfluss begrenzen. Statt der Annahme solcher Normwerte wird beim Freileitungsmonitoring die Betriebstemperatur entweder direkt gemessen oder entlang der Trasse anhand realer Klimadaten modelliert. Durch Freileitungsmonitoring kann die Auslastung dahingehend optimiert werden, dass mehr Energie über die Leitungen abtransportiert werden kann. Auslastungsmonitoring. Ohne Beobachtbarkeit der Auslastung werden Übertragungsreserven für den Fehlerfall reserviert, die im Regelbetrieb nicht genutzt werden. Leitungs- und Transformatorkapazitäten werden im Regelbetrieb also nur teilausgelastet, da immer eine ungenutzte Reserve für den Fehlerfall vorgehalten wird. Mit Auslastungsmonitoring können Stromkreise nahezu voll ausgelastet werden. Die Transportkapazität im Netz kann so, in Abhängigkeit vom Vermaschungsgrad, um ca. 25 Prozent bis maximal 50 Prozent gesteigert werden. Sollte ein Netzfehler auftreten und die für den Fehlerfall reservierten Kapazitäten werden benötigt, werden die Einspeiseleistungen unverzüglich (< 200 ms) auf ein für das Netz verträgliches Maß reduziert. In den meisten Fällen ist eine Abregelung nur in Stufen (z. B. um 40 Prozent, 70 Prozent, 100 Prozent) möglich. Eine bessere Steuerung kann einerseits durch eine feinere Stufung erreicht werden, andererseits ist es gegebenenfalls wirtschaftlicher, eine quasi kontinuierliche Steuerung aufgrund der Vielzahl der ansteuerbaren Anlagen zu realisieren, indem verschiedene Anlagen in unterschiedlicher Stufung abgeregelt werden, sodass sich in der Gesamtheit der gewünschte Reduzierungseffekt einstellt. Sensitivitätsanalyse für das Hoch- und Mittelspannungsnetz unter Einbezug von Informationen aus dem Höchstspannungsnetz. Hierbei handelt es sich um eine Analysemethode, bei der, wenn es im Hoch- und Mittelspannungsnetz zu einem Engpass kommt, auf Basis von Zustandsschätzungen aus dem Höchstspannungsnetz die Transformatoren identifiziert werden, die Einfluss auf den Engpass haben. Im zweiten Schritt erfolgt für die hinter dem Transformator befindlichen Erzeugungsanlagen im Hoch- und Mittelspannungsnetz eine Abregelung, um den Engpass auf der vorgelagerten Netzebene zu beseitigen. 24

4 Status quo, Herausforderungen und Lösungsansätze für BuS im Verteilnetz. Die Abregelung erfolgt zurzeit in der Regel in Stufen. Beispielsweise wird beim VNB HanseWerk die Erzeugungsleistung in der Nähe des Transformators mit dem größten Einfluss auf den Engpass um 100 Prozent reduziert, die Erzeugungsleistung hinter dem Transformator mit dem zweitgrößten Einfluss um 70 Prozent und die hinter dem Transformator mit dem drittgrößten Einfluss um 40 Prozent. Dieses pauschale Vorgehen ohne Berechnung der Wirksamkeit der Maßnahme im Vorfeld ermöglicht zwar eine schnelle Reaktion auf den Engpass. Es zeigen sich jedoch auch Optimierungspotenziale, beispielsweise wenn die Wirksamkeit der Maßnahme zuvor in Simulationen geprüft werden könnte oder wenn eine feinere Abstufung der Leistungsreduktion möglich wäre. Aktuelle Forschungsvorhaben. Um den Zustand des Verteilnetzes in Echtzeit beschreiben zu können, werden zurzeit in verschiedenen Forschungsprojekten Verfahren entwickelt, die diesen auf Basis ausgewählter Messpunkte im Netz abschätzen. Außerdem wird untersucht, wie Wetterprognosen und Verbrauchsverhalten mit integriert werden können, um bessere Prognosen zu Erzeugung und Last zu treffen. Ziel ist es, mit möglichst wenig Messpunkten eine Information zum Netzzustand in Echtzeit zu erhalten. Der Vorteil ist, dass mithilfe solcher Verfahren die Zahl der Messpunkte und damit die Investitionskosten verringert werden können. Darüber hinaus sind die Verfahren zur Zustandsberechnung aktuell sehr zeitintensiv. Um eine Information in Echtzeit zu erhalten, müssen die zu verarbeitenden Informationen auf die wesentlichen begrenzt werden. Ein Projekt, das diese Entwicklung in Feldtests vorantreibt, ist „IRENE“. Dabei wurde das Verteilnetz einer Gemeinde mit ca. 200 Messpunkten ausgerüstet. 23 Auf die Zustandsschätzung im Niederspannungsnetz und die Datenkommunikation zum Netzbetreiber in Echtzeit fokussiert das Projekt „ENERGIE – Erfassung der niederspannungsseitigen Netzzustandsgrößen in Echtzeit“. 24 Dass Messtechnik nicht unbedingt Eigentum des Netzbetreibers sein muss, zeigt das Projekt „WeSense“, bei dem ein intelligenter Ladeadapter entwickelt wurde, der die Spannungsqualität misst. 4.4 Innovative Betriebsmittel und Ausweitung von Steuerungsmöglichkeiten. Innovative Betriebsmittel für das Hoch- und Mittelspannungsnetz ermöglichen eine optimierte Auslastung bestehender Leitungskapazitäten und erhöhen damit die integrierbare Erzeugungsleistung erneuerbarer Energien. Mit innovativen Betriebsmitteln ergeben sich im Allgemeinen auch Steuerungsmöglichkeiten. Diese werden in Abschnitt 4.4.1 vorgestellt. Steuerungsansätze für das Niederspannungsnetz befinden sich mehrheitlich noch in der Entwicklung und Erprobung und sind in Abschnitt 4.4.2 beschrieben. 4.4.1 Innovative Betriebsmittel und Steuerungsmöglichkeiten in der Praxis. Innovative Betriebsmittel werden heute vor allem in der Mittelspannungsebene und an den Ortsnetzstationen zwischen Mittel- und Niederspannung eingesetzt, um Spannungsschwankungen, 23 vgl. http://www.projekt-irene.de/projekt/index.html (abgerufen am 03.11.2015). Projekttitel: Integration regenerativer Energien und Elektromobilität (kurz: IRENE). Projekt wurde Ende 2013 abgeschlossen. Projektpartner: AÜW, Hochschule Kempten, RWTH Aachen, Siemens. 24 vgl. http://www.devolo.com/de/Presse/Pressemeldungen/2014/Foerderprojekt-ENERGIE-devolo-und-weitere-namhafte-Partner-untersuchen-im- Rahmen-eines-Feldtests-die-Netzzustandsueberwachung-in-Echtzeit-mittels-G3-PLC (abgerufen am 03.11.2015). Projekttitel: Erfassung der niederspannungsseitigen Netzzustandsgrößen in Echtzeit (kurz: ENERGIE). Projektlaufzeit: September 2014 bis August 2016. Projektpartner: SWK Netze, Janitza electronics, Stromnetz Berlin, Universität Duisburg-Essen, FH Düsseldorf, devolo. Handlungsbedarfsanalyse „Beobachtbarkeit und Steuerbarkeit im Energiesystem 25

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