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Agora Toolbox für die Stromnetze

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Agora Energiewende | Toolbox für die Stromnetze - Für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien Schematische Darstellung von Instrumenten zur Koordination der Netzinfrastruktur, Erzeugung und Verbrauch Abbildung 2 Netzseitig Marktseitig Netzausbau Netzbetrieb Einheitliche Preiszone Locational Pricing • Konventioneller Netzausbau (Netzausbau „folgt“ Erzeugung und Verbrauch) • Netzverstärkung auf bestehenden Trassen (Hochtemperaturleiterseile) • Netzoptimierung durch Freileitungsmonitoring • Lastflusssteuerung • Netzdienliche Eingriffe in Erzeugung, Speicher und Lasten: Redispatch, Eins- Man, ab- und zuschaltbare Lasten, etc. • Online-DSA • Weitere Automatisierung der Systemführung • Illusion der „Kupferplatte“ • Steuerung des EE-Zubaus durch Ausschreibungen (in Kombination mit Netzausbaugebiet) • Locational signals durch Baukostenzuschüsse, Netzanschlussgebühren (deep connection charges, G-Komponente) • Zonal Pricing und hierdurch ggf. Aufteilung des Marktes in Preiszonen (Marketsplitting über Gebotszonen) • Nodal Pricing mit einem netzknotenscharfen Kuppelprodukt für Strom samt Netznutzung • Smart Markets als Koordinationsmechanismus für den Einsatz netzdienlicher Flexibilitäten an der Schnittstelle von Markt und Netz Agora Energiewende (eigene Darstellung) Die hier vorliegende Kurzstudie fokussiert sich hingegen auf Netzintegration und damit verbundene Maßnahmen (Abbildung 2). Allerdings sind einige der vorgestellten Maßnahmen – wie beispielsweise der netzdienliche Einsatz von Speichern – bereits im Grenzbereich zu marktseitigen Maßnahmen. Als grundsätzliche Abgrenzung und Schwerpunkt ist daher die Netzsicherheit im Sinne von thermischen Grenzen, Spannungshaltungsgrenzen und Stabilitätsgrenzen (Spannungsstabilität, transiente Stabilität) der Betrachtungsgegenstand dieser Studie. 1.4. Aufbau der Kurzstudie Für die vorliegende Kurzstudie hat Agora Energiewende Energynautics GmbH als Forschungsnehmer beauftragt, Optimierungsmaßnahmen im Rahmen einer „Toolbox für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien in die Stromnetze und für das Engpassmanagement“ darzustellen und ihre Anwendung zu erläutern. Dabei ist die Studie in insgesamt vier Kapitel gegliedert. Kapitel 1 bildet eine übergeordnete Einleitung und stammt von Agora Energiewende. Kapitel 2 bis 3 haben als Schwerpunkt dieToolbox für Stromnetze der Zukunft“ und sind von Energynautics GmbH verfasst. Kapitel 4 – von Agora Energiewende – stellt Handlungsempfehlungen für die Umsetzung von kurz- und langfristigen Maßnahmen dar. Das erste Kapitel dient einer grundlegenden Einordnung und beschäftigt sich mit der Frage, welche übergreifenden Entwicklungen in den Netzen und im Stromsektor zu beobachten sind. Im Anschluss an diesen Abschnitt werden im Kapitel 1.5. zunächst heutige und künftige Trends und Treiber im Stromsektor aufgezeigt, die Auswirkungen auf Netzplanung und Netzbetrieb haben. Danach erfolgt in Kapitel 1.6. eine Übersicht des regulatorischen Rahmens, der relevant im Kontext dieser Kurzstudie ist. 18

STUDIE | Toolbox für die Stromnetze - Für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien Das zweite Kapitel geht tiefer auf die netztechnische Dimension ein: Es stellt die Anforderungen an den Netzbetrieb in der Gegenwart (kurzfristig bis 2020) und in der Zukunft (Zeithorizont: 2030) dar. Dabei wird auf verständliche Weise dargestellt, welche Grenzwertverletzungen und Fehlerfälle heute und künftig im Netzbetrieb auftreten können und den Ausbaubedarf des Netzes mitbestimmen. übergeordneten Trends und Treibern der Entwicklungen im Stromsektor und in den Stromnetzen. Die Energiewende führt zu einer Verlagerung von konzentrierten Erzeugungsschwerpunkten der Großkraftwerke zu einem eher flächigen Zubau von EE-Anlagen. Das dritte Kapitel stellt dieToolbox für Stromnetze der Zukunft“ mit hohen Erneuerbare-Energien- Anteilen dar. Hier werden fünf ausgewählte Werkzeuge beziehungsweise Maßnahmen zur Optimierung in Netzplanung und Netzbetrieb vorgestellt und ihre möglichen Anwendungsfelder beschrieben. Dies beinhaltet technische als auch operative Maßnahmen, inklusive notwendiger Voraussetzungen und ihrer Wirksamkeit, geplante und aktuelle Beispiele der Anwendung, Restriktionen und Risiken sowie Identifikationen möglicher Hemmnisse bei ihrer Umsetzung. Zuletzt werden im vierten Kapitel basierend auf den Maßnahmen, die in der Toolbox des dritten Kapitels identifiziert wurden, Handlungsempfehlungen in Form einer Roadmap für kurzfristige Maßnahmen (Zeitraum: 2020 bis 2025) sowie für langfristige Maßnahmen (Zeithorizont: 2030) abgeleitet. 1.5. Trends und Treiber der Entwicklungen im Stromsektor und in den Stromnetzen Im früheren Stromversorgungssystem speisten Großkraftwerke in das Übertragungsnetz (380 und 220 Kilovolt) ein; von dort wurde die elektrische Energie top down über das Verteilnetz zum Verbraucher transportiert. Mit der Veränderung der Erzeugungslandschaft im Kontext der Energiewende und der europäischen Marktintegration verändern sich zwangsläufig die Anforderungen an Netzplanung und Netzbetrieb. Dieses Unterkapitel beschäftigt sich mit Im Jahr 2016 betrug der Anteil Erneuerbarer Energien am Stromverbrauch 32,3 Prozent. 23 Das langfristige Ziel von 80 Prozent Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch bis 2050 ist durch die Zwischenziele von 40 bis 45 Prozent EE-Anteil bis 2025 und einem EE-Anteil von 55 bis 60 Prozent bis zum Jahr 2035 flankiert. 24 Zugleich gehen im Rahmen des Ausstiegs aus der Kernenergie vom Jahr 2000 bis 2022 über 22 Gigawatt Leistung an Kernkraftwerken vom Netz. Mit der Abnahme von konventionellen Kraftwerken – Braun- und Steinkohle sowie der Kernenergie – und dem Zubau Erneuerbarer Energien verändert sich die Struktur und Regionalisierung der Stromerzeugung. Gegenwärtig ist die Installationsdichte von Windenergieanlagen an Land besonders hoch im Norden, wo günstige Windstandorte sind. Von den insgesamt 45,91 Gigawatt kumulierter Leistung Onshore-Windenergie sind annähernd 70 Prozent – rund 32 Gigawatt – in den nördlicher gelegenen Bundesländern Schleswig-Holstein, Niedersachsen, Brandenburg, Nordrhein-Westfalen und Sachsen-Anhalt installiert (Stand: Ende 2016). 25 Bei Solaranlagen ist insgesamt eine Nennleistung von 41 Gigawatt in Deutschland installiert (Stand: Ende 2016), 26 davon über 40 Prozent in den beiden südlichen Bundesländern Bayern und Baden- Württemberg. 27 Zudem speisen über vier Gigawatt 23 Agora Energiewende (2017b) 24 EEG (2017) 25 Deutsche Windguard (2017a) 26 Fraunhofer ISE (2017) 27 BNetzA und Bundeskartellamt (2016) 19

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