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Systemsicherheit 2050

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

Entwicklungen in den

Entwicklungen in den Übertragungsnetzen Im Übertragungsnetz nehmen die Bedarfe für Blindleistung zur Spannungshaltung aufgrund erheblicher neuer Transportbedarfe durch die Ausweitung des europäischen Stromhandels und den Ausbau der erneuerbaren Energien deutlich zu. Gleichzeitig nehmen die Potenziale durch den Rückgang thermischer Großkraftwerke ab. Selbst bei einem idealisierten Netzausbau werden, über die im aktuellen Netzentwicklungsplan Strom 10 (NEP 2019) bis 2030 vorgesehenen Kompensationsanlagen hinaus, noch einmal Kapazitäten in vergleichbarer Größenordnung benötigt. Auch in den Übertragungsnetzen sind die errechneten Ergebnisse zunächst ohne die Berücksichtigung der höheren Auslastung der Netze ermittelt worden. Zukünftige Bedarfe werden daher auch hier voraussichtlich deutlich höher ausfallen. Die Studie zeigt, dass es neben Kompensationsanlagen zumindest theoretisch ein großes Potenzial gibt, freie Blindleistungsstellpotenziale aus den Verteilnetzen zu nutzen, um den zusätzlichen Bedarf an stationärer Blindleistung zur statischen Spannungshaltung im Übertragungsnetz zu decken und damit den Bedarf an Kompensationsanlagen im Übertragungsnetz zu reduzieren. Die Ausweitung einer netzebenenübergreifenden Blindleistungsbereitstellung wäre jedoch an eine Vielzahl von Voraussetzungen geknüpft, sodass weitere Untersuchungen zeigen müssten, wie groß der Nutzen im realen Systembetrieb und für die Volkswirtschaft sein kann. Voraussetzungen und Grundsätze einer netzebenenübergreifenden Nutzung von Blindleistungsquellen Der gesicherte und gezielte Einsatz von Blindleistung zur statischen Spannungshaltung ist wesentliche Voraussetzung für Netz- und Systemstabilität in einem transformierten Energieversorgungssystem. Entsprechend ist auch für die zukünftige Bereitstellung von Blindleistung entscheidend, dass die Bedarfe gezielt und gesichert gedeckt werden können. Dies gilt es auch bei einer Ausweitung der netzebenenübergreifenden Nutzung zu garantieren. Für die netzebenenübergreifende Nutzung von Blindleistungsquellen muss sichergestellt werden, dass es durch Blindleistungsanforderungen aus dem Übertragungsnetz nicht zu Grenzwertverletzungen im Verteilnetz kommt. Neben vereinbarten technischen bzw. koordinativen Grundsätzen (z. B. VDE-AR-N 4141-1) müssen insbesondere geeignete Kontroll- und Regelungskonzepte etabliert werden. Verlässliche IKT-Anbindungen und Fallbacklösungen für den Fehlerfall sind genauso eine Voraussetzung wie eine gesicherte Verfügbarkeit der Blindleistungsstellpotenziale dezentraler Erzeugungsanlagen und der ausreichende Ausbau der Verteilnetze. Die hierbei entstehenden Kosten sind bei der Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Blindleistungsquellen aus dem Verteilnetz genauso zu berücksichtigen wie die Anforderungen an die gezielte und gesicherte Verfügbarkeit für einen sicheren Systembetrieb. Die im Rahmen der Studie ermittelten Potenziale für die netzebenenübergreifende Nutzung von Blindleistungsquellen sind unter Berücksichtigung exemplarischer Netze und Betriebssituationen, der Annahme eines weitreichenden zusätzlichen Ausbaus der Verteilnetze und einer wirkleistungsunabhängigen Bereitstellung von Blindleistung (sogenannte STATCOM-Fähigkeit) durch dezentrale Energieanlagen ermittelt worden. Für eine konkrete Ermittlung der real im Betrieb vorhandenen Potenziale sind im Einzelfall die Einschränkungen aus der optimierten Auslastung der Netze, der tatsächlichen Netzsituation (Netztopologie, Betriebssituation etc.) und der zukünftigen Stellfähigkeit der angeschlossenen Anlagen zu berücksichtigen. 10 Netzentwicklungsplan Strom 2030, Version 2019 (50Hertz GmbH, TenneT TSO GmbH, TransnetBW GmbH, Amprion GmbH). 18 – Teil 1

Auswirkungen der höheren Auslastung der Stromnetze Durch die höhere Auslastung der Stromnetze wird vorhandene Infrastruktur effizienter genutzt. Kurzfristig besteht das Ziel, den Netzausbau mit Ad-hoc-Maßnahmen zu flankieren und und dem Markt somit höhere Kapazitäten zur Verfügung zu stellen. Durch die im NEP 2017 berücksichtigten Ad-hoc-Maßnahmen können im Zeitraum von 2023 bis 2025 voraussichtlich Kosten für das Netzengpassmanagement in Höhe von 2 Milliarden Euro eingespart werden 11 . Darüber hinaus wird neben dem Netzausbau langfristig und dauerhaft eine Höherauslastung der Netze angestrebt, die zur Integration erneuerbarer Energie beiträgt und den Bedarf zusätzlichen Netzausbaus reduziert. Neben den Übertragungsnetzen wird die Höherauslastung auch in den Verteilnetzen zunehmen. Neben den zunehmenden überregionalen Leistungstransiten und der Abschaltung der thermischen Großkraftwerke führt auch die Höherauslastung der Netze zu Herausforderungen für die Spannungshaltung, die dynamische Spannungsregelung und die Spannungsstabilität. Im Bereich der Spannungshaltung sind durch die veränderten Betriebspunkte der Netzbetriebsmittel einerseits ein höherer Blindleistungsbedarf und andererseits eine Dynamisierung des Bedarfs zu erwarten. Abbildung 2 zeigt exemplarisch den Zusammenhang zwischen Wirkleistungsübertragung und Blindleistungsbedarf einer Freileitung. Mit höherer Auslastung steigt der Blindleistungsbedarf signifikant und er ändert sich deutlich dynamischer bei Leistungsschwankungen. Durch die höhere Auslastung werden vorhandene thermische Reserven für den Normalbetrieb genutzt. Dadurch nähern sich System und Betriebsmittel anderen Grenzwerten, wie beispielsweise Stabilitätsgrenzen, die bisher deutlich oberhalb der im Betrieb erreichten Leistungen lagen. Wird der Systembetrieb immer näher an die Stabilitätsgrenzen verschoben, führt das zu Herausforderungen in der Betriebsführung, für die Spannungs- und die Winkelstabilität. Auch die Wahrscheinlichkeit für einen System Split (vgl. 1.2.5 Stabilitätsaspekte – Auswirkungen eines System Split) mit zusätzlichem Risiko für die Frequenzstabilität nimmt zu. Die optimierte Auslastung im Übertragungs- und Verteilnetz kann darüber hinaus dazu führen, dass die freien Transportkapazitäten zur bedarfsfernen Bereitstellung von Vorleistungen für SDL eingeschränkt und damit die Potenziale für eine netzebenenübergreifende Nutzung reduziert werden. Höherauslastung Blindleistung moderate Auslastung Wirkleistung Abbildung 2: Exemplarische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Blindleistungsverhalten und Wirkleistungsübertragung einer Freileitung 11 https://data.netzausbau.de/2030/NEP/NEP_2017-2030_Bestaetigung.pdf. Teil 1 – 19

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