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Systemsicherheit 2050

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dena-Studie zu Systemdienstleistungen und Aspekte der Stabilität im zukünftigen Stromsystem

Zentrale Begriffe rund

Zentrale Begriffe rund um den Systembetrieb Von der Versorgungssicherheit bis zur Vorleistung Versorgungssicherheit und -zuverlässigkeit Eine sichere und zuverlässige Stromversorgung ist eines der übergeordneten energiepolitischen Ziele. Energiesysteme werden daher so gestaltet, dass heute und in Zukunft die Nachfrage nach Elektrizität sicher und unterbrechungsfrei gedeckt werden kann. Jederzeit die Nachfrage decken und die Energie zu den Verbrauchern transportieren zu können, ist dabei genauso wichtig wie ein sicherer Betrieb des Stromsystems. Systemsicherheit – Gewährleistung eines unterbrechungsfreien Systembetriebs Im Betrieb der Stromnetze wirken eine Vielzahl von Akteuren und technischen Einheiten zusammen. Aufgrund komplexer Zusammenhänge lassen sich selbst häufig auftretende betriebliche Ereignisse zum Teil nicht vorhersagen. Das System ist daher darauf ausgelegt, dynamisch auf Abweichungen und Fehler zu reagieren, Störungen zu vermeiden und vordefinierte Ereignisse zu beherrschen. Für den Extremfall eines Blackouts sind darüber hinaus Maßnahmen für einen zügigen Wiederaufbau der Versorgung vorgesehen. Diese Fähigkeiten und Eigenschaften des Stromsystems werden unter dem Begriff Systemsicherheit zusammengefasst und gewährleisten einen sicheren Systembetrieb. Systemdienstleistungen – ein Element der Versorgungssicherheit Schwankungen der Last und Einspeisung, der Ausfall von Betriebsmitteln und vordefinierte Erzeugungsausfälle sind im Normalbetrieb üblich. Systemdienstleistungen (SDL) sorgen dafür, dass trotz solcher Vorgänge technische Grenzwerte, z. B. für die Frequenz und Spannung, im Stromnetz eingehalten werden. Hierdurch leisten sie einen wichtigen Beitrag für einen sicheren Systembetrieb und damit zur Versorgungssicherheit. Neben der Betriebsführung, Frequenz- und Spannungshaltung, die im laufenden Betrieb Anwendung finden, zählt auch der Netzwiederaufbau, der eine schnelle Wiederherstellung der Stromversorgung nach einem Störungsereignis zum Ziel hat, zu den Systemdienstleistungen. Sobald vorhandene Sicherheitsreserven ausgeschöpft und technische Grenzwerte überschritten sind, greifen allerdings andere Mechanismen. Zur Vermeidung von Ausfällen und der Verbreitung von Störungen greifen die Netzbetreiber auf sogenannte Maßnahmen der Stabilität, wie z. B. den Systemschutzplan, zurück. Vorleistungen für Systemdienstleistungen und Maßnahmen der Stabilität Durch die Netzbetreiber werden Systemdienstleistungen erbracht und Maßnahmen der Stabilität ergriffen. Hierbei benötigen sie sogenannte Vorleistungen, die entweder durch Netzbetriebsmittel oder Netznutzer (Erzeuger, Lasten und Speicher) bereitgestellt werden. Um die Frequenzhaltung durch den Netzbetreiber zu ermöglichen, ist z. B. die Bereitstellung der Vorleistung Sekundärregelleistung zur Sekundärregelung erforderlich. Das Einspeisemanagement, d. h. die Anpassung der Einspeisung bzw. der Bezug von Wirkleistung durch Netznutzer in Engpasssituationen, ist hingegen eine Vorleistung für die Systemdienstleistung Betriebsführung. 12 – Teil 1

1.2 Entwicklungen im Stromsystem Der Transformationsprozess der Energiewende hat erhebliche Auswirkungen auf den Systembetrieb und macht Weiterentwicklungen im Bereich der Systemdienstleistungen und der Stabilität erforderlich (vgl. Tabelle 1). Steigende Anforderungen an Vorleistungen für die Erbringung der Systemdienstleistungen und die Notwendigkeit einer aktiveren Ausgestaltung der Sicherheiten und Reserven für die Gewährleistung der Systemstabilität sind die Folge. Gleichzeitig zeigen die Studienergebnisse, dass die zukünftigen Bedarfe für Vorleistungen 2050 durch Netznutzer (Erzeuger, Speicher, Lasten), die im System sein werden, und durch zusätzliche Netzbetriebsmittel, wie z. B. Blindleistungskompensationsanlagen, gedeckt werden können. Entwicklung Beschreibung Herausforderungen und Chancen Verlagerung der Erzeugungskapazitäten aus den Übertragungsnetzen in die Verteilnetze Thermische Großkraftwerke im Übertragungsnetz werden bei der Stromproduktion zunehmend durch dezentrale Erzeugungsanlagen im Verteilnetz ersetzt. Das Potenzial für die Erbringung von Vorleistungen für SDL im Übertragungsnetz nimmt ab. Das Potenzial für die Erbringung von Vorleistungen für SDL im Verteilnetz nimmt zu. Durch eine zunehmende Anzahl an Anlagen und die Notwendigkeit, Vorleistungen aus dem Verteilnetz für die Übertragungsnetze bereitzustellen, steigen die Komplexität der Betriebsführung und die Anforderungen an die Zusammenarbeit. Rückgang von direktgekoppelten Energieanlagen und Zunahme von umrichtergekoppelten Anlagen Der Anteil an synchrongekoppelten Maschinen (Erzeuger und Lasten) im Netz nimmt ab. Der Anteil der über Umrichter angebundenen Anlagen nimmt zu. Sinkende Systemträgheit (Momentanreserve) und Frequenzabhängigkeit der Lasten Potenziale für die dynamische Blindleistung und den Kurzschlussstrombeitrag gehen zurück. Das technische Potenzial der über Umrichter angebundenen Anlagen zur Erbringung von Vorleistungen für SDL ist bei Weitem noch nicht ausgeschöpft. Zunehmende regionale und überregionale Leistungstransite Der Ausbau erneuerbarer Energien und die Ausweitung des europäischen Strombinnenmarkts führen zu zunehmenden Leistungstransiten in allen Netzebenen. Die Eintrittswahrscheinlichkeit von System Split- Szenarien steigt und die Beherrschung wird deutlich herausfordernder. Europaweit nehmen der Bedarf an Momentanreserve und die Bedeutung des frequenzabhängigen Lastund Erzeugungsabwurfs zu. Der Blindleistungsbedarf der Netze nimmt deutlich zu. Das Engpassmanagement wird zentraler Bestandteil zur Wahrung der Systemsicherheit in allen Netzebenen. Teil 1 – 13

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