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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 30

STUDIE | Toolbox für die Stromnetze - Für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien 2. Netzbetrieb in Gegenwart und Zukunft Die vermehrte Einspeisung von Strom aus den variablen erneuerbaren Energiequellen Sonne und Wind führt zu einer Veränderung der Lastflüsse sowohl in den Verteilnetzen als auch im Übertragungsnetz. Die Wirkung auf das Übertragungsnetz hat zwei wesentliche Gründe: Zum einen unterscheiden sich die regionalen Leistungsbilanzen der unterlagerten Verteilnetze (mit den dort installierten dezentralen Erzeugungseinheiten) sehr stark, zum anderen werden Offshore-Windparks als neue große Einspeisesysteme mit direktem Anschluss an das Übertragungsnetz – anders als bisher die meisten konventionelle Kraftwerke – in oft großer Entfernung zu Verbrauchszentren installiert. Die Einspeisung aus Wind- und Sonnenenergie kann innerhalb kurzer Zeiträume um nahezu die gesamte in der betreffenden Region installierte Erzeugungskapazität schwanken. Die Betreiber des Übertragungsnetzes müssen also eine größere Vielfalt an Betriebssituationen als bisher sicher beherrschen können. Dazu kommt, dass genaue Vorhersagen des Belastungsverlaufes von Leitungen und Transformatoren für die Planung eines möglichst effizienten Netzbetriebs an Bedeutung gewinnen. Durch die immer weiter steigende Rolle der Einspeiseprognosen von EE-Anlagen werden diese Vorhersagen immer aufwendiger. Die Netzbetreiber müssen unabhängig von den auftretenden Leistungsflüssen stets die Kriterien der Netzsicherheit und Systemstabilität einhalten. Dass der Betriebszustand des Netzes einschließlich des Kraftwerkseinsatzes permanent überwacht und eingestellt werden muss, gilt umso mehr unter dem Einfluss der steigenden Zahl unterschiedlicher Betriebssituationen. Mit der Veränderung der Strom erzeugung ändern sich dabei auch die Eingriffsmöglichkeiten und deren Einsatz durch die Betriebsführung. Bei der Betrachtung der Entwicklungen über einen Zeitraum von mehreren Jahren wird erkennbar, dass sich aus den Veränderungen des Systems auch deutliche Änderungen für die Betriebsführung der Netze ableiten lassen. Dazu wird in diesem Kapitel der Netzbetrieb analysiert, und seine Möglichkeiten und operativen Grenzen werden diskutiert. Beispiele illustrieren die praktische Relevanz verschiedener Kriterien. Aus den zu erwartenden Systemänderungen zwischen 2020 und 2030 werden qualitativ zu erwartende Änderungen für die Betriebsführung abgeleitet. 2.1. Bedingungen des sicheren Netz betriebs Eine grundlegende Grenze für die Leistungsübertragung im Stromnetz ist die Auslastung der Betriebsmittel (Leitungen, Kabel, Transformatoren, Schalter, Messwandler etc.) in Bezug auf ihre Stromtrag fähig keit, das heißt den maximalen Strom, der ohne thermische Überlastung übertragen werden kann. Eine zu starke Erwärmung verringert die Lebensdauer der Betriebsmittel und führt im schlechtesten Fall zu deren unmittelbarem Ausfall oder anderen unerwünschten Folgen der Hitzeentwicklung. Auf die thermischen Grenzen wird unten noch ausführlicher eingegangen. Der Stromfluss innerhalb des Netzes stellt sich stets entsprechend der physikalischen Gesetzmäßigkeiten ein und kann deshalb nur sehr begrenzt gesteuert werden, wenn die Höhe der Lasten und Einspeisungen an den Knotenpunkten des Netzes bereits vorgegeben ist. Um unter diesen Bedingungen die Auslastung der einzelnen Betriebsmittel zu einem gegebenen Zeitpunkt zu bestimmen, werden sogenannte Lastflussrechnungen eingesetzt. Diese basieren auf einfachen mathematischen Modellen der Netzbetriebsmittel. 31

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