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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 leistungskompensation beeinflusst. Bei zu geringer Kompensation kann aufgrund großer sich einstellender Spannungsdifferenzen nur eine geringe Leistung übertragen werden. Eine unzureichende Kompensation wird insbesondere dann relevant, wenn infolge eines Kraftwerksausfalles gleichzeitig mehr Leistung übertragen werden muss und weniger Kraftwerksblindleistung abgerufen werden kann. 85 Durch Vorhaltung von mehr Kapazität zur Blindleistungskompensation lässt sich die sicher übertragbare Leistung erhöhen. Zu viel Kompensation erhöht allerdings die Gefahr eines Spannungskollapses, denn die Stabilitätsgrenze der Spannung wird dadurch in die Nähe ihres normalen Betriebsbereiches verschoben. Bisher ist die Grenze der Spannungsstabilität im deutschen Übertragungsnetz noch weitgehend unproblematisch, da die maximalen thermischen Betriebsströme der Leitungen meist deutlich unter dieser Grenze liegen. Dies kann sich durch Netzoptimierung und Netzverstärkung ändern: Wird bei ansonsten ähnlichen Leitungsparametern die Stromtragfähigkeit von Leitungen angehoben, gewinnt automatisch die Stabilitätsgrenze an Bedeutung, da sie durch diese Maßnahmen nicht wesentlich verändert wird. Bei der transienten Stabilität gibt es ebenfalls einen Zusammenhang zum Netzausbau. Hintergrund sind hier vor allem die Leitungsauslastung vor dem Eintritt eines Spannungseinbruchs sowie die Kurzschlussleistung nach Fehlerklärung. Hohe Übertragungsleistungen (und damit auch hohe Leitungsauslastungen) bedeuten relativ hohe Winkeldifferenzen der Spannungen zwischen verschiedenen Netzknoten. 86 Höhere anfängliche Winkeldifferenzen bedeuten ein höheres Risiko für die transiente Stabilität. Nach Fehlerklärung ist die verbleibende Kurzschlussleistung wichtig für die Höhe der Spannung und damit für die Fähigkeit des Synchrongenerators, die feste Kopplung an die Netzfrequenz beizubehalten. Sowohl die Winkeldifferenzen zwischen den Netzknoten als auch die Höhe der Kurzschlussleistung werden durch Netzausbau beeinflusst. Mehr Netzausbau bewirkt geringere Winkeldifferenzen und höhere Kurzschlussleistung. Erhöhte Stromtragfähigkeit von Leitungen ohne wesentliche Änderung der elektrischen Leitungsparameter erhöht damit auch die Relevanz der transienten Stabilität. Freileitungsmonitoring als Maßnahme der Netzoptimierung sowie Hochtemperaturleiterseile als Netzverstärkung bewirken eine Anhebung der Strombelastbarkeit von Freileitungen (Anhebung der thermischen Grenzen). Durch die höheren Ströme verändert sich der Blindleistungshaushalt, und die Relevanz der Stabilitätsgrenzen (aus der Spannungsstabilität und aus der transienten Stabilität) steigt sowohl in der Netzplanung als auch im Netzbetrieb. Um das Risiko einer Verletzung von Stabilitätsgrenzen zu minimieren, haben die deutschen Übertragungsnetzbetreiber eine Obergrenze des Leitungsstroms von 3.600 Ampere beziehungsweise in einigen Fällen auch 4.000 Ampere festgelegt. 87 Diese Grenze liegt bei vielen bestehenden Leitungen noch oberhalb der thermischen Maximalbelastbarkeit. Bei neuen Leitungssystemen wird die thermische Belastbarkeit üblicherweise auf diese Stabilitätsgrenze abgestimmt. In einigen Fällen kann diese Grenze auch durch den Einsatz von Hochtemperaturleiterseilen oder Freileitungsmonitoring erreicht werden. Wenn diese Grenze mit einer bestehenden herkömmlichen Leitung bereits erreicht wird, wird auf die Anwendung dieser Optimierungs- beziehungsweise Verstärkungsmaßnahmen verzichtet. 85 50Hertz et al. (2012) 86 Leonhard, W. (1980) 87 50Hertz et al. (2015) 36

STUDIE | Toolbox für die Stromnetze - Für die künftige Integration von Erneuerbaren Energien 3. Toolbox für Stromnetze der Zukunft 3.1. Auswahl der Werkzeuge und Bewertungskriterien Ziel der in dieser Studie vorgestellten Toolbox ist es, die im Rahmen der Netzplanung und Netzbetriebsführung der Übertragungsnetzbetreiber heute und zukünftig verfügbaren Werkzeuge nach Kategorien zusammenzufassen und zu bewerten. Die Auswahl der Werkzeuge – oder Tools – wurde von Energy nautics und Agora Energiewende unter Einbeziehung von Diskussionen mit dem Begleitkreis der Studie gemeinsam getroffen. Im Fokus der Auswahl stehen technische Werkzeuge mit Bezug zur Netzplanung und Netzführung. Aus diesem Grund wurden einige andere Aspekte bewusst nicht behandelt, wie zum Beispiel Netzreserve, Netzstabilitätsanlagen, Netzausbaugebiete, da diese eher der Stromerzeugungsseite als dem Netz zuzuordnen sind. Auch Fragen der Marktintegration der Erneuerbaren Energien werden ausgeklammert. Da das Übertragungsnetz im Mittelpunkt steht, werden Werkzeuge und Maßnahmen für Verteilnetzbetreiber ebenfalls nicht diskutiert. Bei der Betrachtung der ausgewählten Werkzeuge steht deren Funktionalität im Vordergrund, nicht deren technische Details. Einige der ausgewählten Werkzeuge können nicht ohne Anpassungen im regulatorischen Rahmen verwendet werden. Dieses „regulatorische Defizit“ stellt dann ein Hemmnis für die Umsetzung des Werkzeugs dar. In der Diskussion der Werkzeuge wird auf diese Hemmnisse hingewiesen. Im Rahmen dieser Studie werden die folgenden Werkzeuge diskutiert und bewertet: 1. Hochtemperaturleiterseile und Freileitungsmonitoring – Hochtemperaturleiterseile fallen unter Netzverstärkungsmaßnahmen, das Freileitungsmonitoring gehört zur Netzoptimierung. Hier handelt es sich nicht um klassische Netzausbaumaßnahmen, da größere Eingriffe wie der Neubau von Trassen zur Erhöhung der Übertragungskapazität hierdurch reduziert werden können. 2. Netzdienlicher Einsatz von Speichern – Mithilfe von Speichern können Schwankungen aus variabler Einspeisung und variablem Verbrauch in gewissem Umfang ausgeglichen werden. Der Begriff Multi-Use-Einsatz bezeichnet dabei die Kombination von marktbasiertem und netzdienlichem Betrieb für die einzelnen Speichersysteme. 3. Lastflusssteuerung im Übertragungsnetz (FACTS 88 , PST 89 , HGÜ 90 ) – Die Verbesserung der Lastflusssteuerung ermöglicht, dass einzelne Leitungen besser ausgelastet werden können und auf anderen Leitungen systematisch Kapazität freigehalten werden kann. Dieses Tool erweitert die Möglichkeiten netzbezogener Maßnahmen mit der Folge, dass weniger marktbezogene Maßnahmen zur Engpassbeseitigung erforderlich werden. Die Lastflusssteuerung selbst gehört zur Netzoptimierung, ein hierzu erforderlicher Zubau von Flexible AC Transmission Systems (FACTS) in der Regel zur Netzverstärkung. 4. Online Dynamic Security Assessment (Online- DSA) für die Netzleitstelle – Die weiter steigende Variabilität der Betriebssituationen, die steigende Komplexität durch Einführung neuer Betriebsmittel und die zunehmende Bedeutung von Stabilitätsgrenzen in der Zukunft erfordern neue Möglichkeiten für die Betriebsführung, um dynamische Aspekte der Netzsicherheit kurzfristig evaluieren zu können. Unter dem Namen Online-DSA wird ein solches neues Werkzeug der dynamischen Sicherheitsbewertung behandelt, das Netzzustände in Echtzeit visualisiert. Dieses Tool gehört zur Netzoptimierung. 88 FACTS: Flexible AC Transmission Systems 89 PST: Phasenschiebertransformator 90 HGÜ: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung 37

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