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Systemsicherheit 2050

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

Netzwiederaufbau:

Netzwiederaufbau: Vorhandene Fähigkeiten nutzen und Konzepte weiterentwickeln Der Netzwiederaufbau wird in Zukunft komplexer werden, da das Verhalten von einer Vielzahl dezentraler Anlagen netzebenenübergreifend einbezogen werden muss. Gleichzeitig hat u. a. die dena-Leitstudie Integrierte Energiewende gezeigt, dass langfristig zusätzliche Gaskraftwerke benötigt werden, um die Stromnachfrage zu decken. Da diese Kraftwerke für den Netzwiederaufbau genutzt werden können, kann an den bestehenden Konzepten für den Netzwiederaufbau prinzipiell festgehalten werden. ■ Der Netzwiederaufbau sollte daher unverändert aus den Übertragungsnetzen geführt werden. Je nachdem, in welcher Spannungsebene die schwarzstartfähigen Kraftwerke angeschlossen sein werden, müssen bestehende Konzepte allerdings weiterentwickelt werden. ■ Es besteht die Möglichkeit, dass zukünftig inselnetzfähige Bereiche für die lokale Wiederversorgung entstehen. Ob diese technischen Fähigkeiten sinnvoll für den überregionalen Netzwiederaufbau genutzt werden können, sollte Gegenstand weiterer Forschung sein. ■ Für die Synchronisierung der Netzebenen müssen insbesondere neue Konzepte zur Abstimmung zwischen Übertragungsnetzen und ländlichen, einspeisegeprägten Verteilnetzen entwickelt werden. Frequenzhaltung und -stabilität: Umrichter ausreizen und weiterentwickeln Frequenzhaltung und -stabilität sind grundsätzlich immer für das betreffende Synchrongebiet zu betrachten (hier das Verbundnetz von Kontinentaleuropa). Im Rahmen der Frequenzhaltung entstehen neue technische Möglichkeiten durch die schnelle Reaktionsfähigkeit der Leistungselektronik neuer Netznutzer. Die verminderte Einspeisung aus Synchrongeneratoren und eine abnehmende Frequenzabhängigkeit der Lasten führen allerdings zu Herausforderungen hinsichtlich der zu erwartenden Frequenzgradienten. Sowohl im Normalbetrieb als auch im Störfall sind daher zusätzliche Maßnahmen erforderlich. ■ Die Studie zeigt, dass 2050 ein kleiner Anteil der Windkraft- und Photovoltaikanlagen sowie flexible Lasten ausreichend Leistung für die Frequenzrückführung durch Sekundär- und Minutenregelleistung bereitstellen könnten. Hierfür sind die notwendigen Rahmenbedingungen und Anreize zu schaffen. ■ ■ Die Frequenzstabilisierung durch Primärregelleistung (PRL) ist auf einen Kraftwerksausfall von 3 GW ausgelegt. Bis 2050 müssen weitere Maßnahmen ergriffen werden, damit in einer solchen Situation der Normalbetrieb aufrechterhalten werden kann. Die Studienergebnisse zeigen, dass hierfür keine zusätzliche Momentanreserve erforderlich wäre. Eine schnellere Form der Regelleistung, die durch Netznutzer mit Leistungselektronik bereitgestellt werden kann, reicht aus – vorausgesetzt die Frequenzabhängigkeit der Lasten geht nicht deutlich zurück. Der Bedarf einer schnelleren Regelleistung hängt allerdings auch davon ab, in welchem Maße zusätzliche Momentanreserve zur Beherrschung eines System Splits ins System kommt. Die Einführung sollte daher im Rahmen eines abgestimmten Gesamtkonzepts geprüft werden. Die Studienergebnisse zeigen, dass für die Beherrschung eines System Splits, wie er 2006 aufgetreten ist, im Vergleich zu heute, ein erheblicher zusätzlicher Bedarf an Momentanreserve entstehen wird. In weiteren Untersuchungen gilt es, den Systembedarf für zusätzliche Szenarien und für unterschiedliche Konzepte zur Beherrschung eines System Splits genauer zu quantifizieren. Gleichzeitig besteht dadurch, dass konventionelle Kraftwerke in Zukunft in vielen Stunden des Jahres kaum Momentanreserve bereitstellen können, noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf bei alternativen Maßnahmen zur Absicherung eines System Splits. Prinzipiell können dezentrale Energieanlagen (Erzeuger, Speicher und Lasten) Momentanreserve bereitstellen. Allerdings nur, wenn sie mit netzbildenden Umrichtern ausgestattet werden. Die entsprechenden Konzepte und die erforderlichen Technologien sind vorhanden, müssen aber noch weiterentwickelt werden. Auch die Potenziale einer regionalen Optimierung von Angebot und Nachfrage, um Leistungssprünge bei einem System Split zu begrenzen, sind noch nicht ausreichend untersucht. Das Gleiche gilt für eine mögliche Nutzung von HGÜ- Leitungen, um Leistungsdifferenzen zwischen Teilnetzen teilweise auszugleichen. Obwohl es noch weiterer Analysen bedarf, sind Experten der dena-Plattform Systemdienstleistungen der Überzeugung, dass technische Lösungen zur Beherrschung eines System Splits und anderer Aspekte der Stabilität greifbar sind. 8 – Teil 1

1 Zusammenfassung der Studie 1.1 Hintergrund und Ziele Mit der Verabschiedung des Bundes-Klimaschutzgesetzes 3 wurde das Ziel ausgegeben, Deutschland bis 2050 klimaneutral mit Energie zu versorgen. Die Stromerzeugung muss hierfür von einer überschaubaren Anzahl konventioneller Großkraftwerke auf Millionen dezentraler Erzeugungsanlagen umgestellt werden. Strom wird hierdurch zunehmend an Standorten mit guten Wetterbedingungen und nicht mehr vorrangig in der Nähe von Verbrauchszentren produziert. An die Stelle regelbarer, direktgekoppelter Kraftwerke in den Übertragungsnetzen tritt vermehrt die volatile Einspeisung aus umrichtergekoppelten erneuer baren Energien in den Verteilnetzen. Durch neue Verbraucher wie Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen wird darüber hinaus der Stromverbrauch langfristig steigen 3 . Gleichzeitig nimmt die Flexibilität auf der Lastseite deutlich zu. Für den Betrieb des Stromsystems führen diese Entwicklungen zu einem radikalen Wandel und werfen die Frage auf, welche Maßnahmen ergriffen werden müssen, damit die Systemsicherheit – also die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systembetriebs – 2050 und auf dem Weg dahin gewährleistet bleibt. 2 Bundes-Klimaschutzgesetz, Verabschiedung am 15.11.2019 durch den Deutschen Bundestag. 3 Unter anderem dena (2018): „dena-Leitstudie Integrierte Energiewende – Impulse für die Gestaltung des Energiesystems bis 2050“. Teil 1 – 9

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