Ausgewählte Kapitel der elektrischen Energieversorgung
1. Energietechnische Systeme Von der Erzeugung zum Verbraucher
Fachhochschule Lausitz Senftenberg WPF
Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (1)
Historie = einfache, übersichtliche Gestaltung energietechnischer Systeme
Gegenwart = Bildung komplizierter energietechnischer Gebilde
Worin bestehen die Veränderungen?
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (2)
Die Ausgangspunkte der Entwicklung:
Definierte Erzeugerarten, Kraftwerksstandorte und damit Einspeise- punkte
Definierte verfügbare Leistungen (Menge, Zeit, Grund- und Spitzen- last)
Definierte, überschau- und planbare Abnahmen
Überschaubare Netze und damit Energieverteilung
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (3)
Das System heute:
• Weites Übertragungsnetz mit Austausch von Energie
• Zahlreiche Verteilnetzbetreiber im Wettbewerb
• Veränderungen im Abnahme- verhalten/ Leistungsbedarf
• Gravierende Veränderungen in der Leistungsbereitstellung
• Handel mit Energie
• Kostendruck mit Wirkungen auf
Anlagenumfang,und –gestaltung,
Investitionstätigkeit, Zuverlässigkeit,
Instandhaltung, Systemplanungs-
prozesse u.w.
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (4)
Welche grundlegenden Komponenten bilden das System der Energieversorgung?
Erzeugungsprozesse
Energieübertragungsprozesse
(Übertragungs-, Verteil- und Verbrauchernetze) mit Flächenaus- dehnung
Abnahmeprozesse/ Verbraucher
(Leistungsänderung/- wanderung, kontinuierlich/ diskontinuierlich, Technik – z.B. leistungselektronische Komponenten)
Energieaustauschprozesse
Anforderungen an Versorgungssicherheit/ Zuverlässigkeit/ Qualität
Wettbewerb – Marktpreise, Handel, Versorgerwahl
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (5)
Das System der Energieversorgung im Schema:
Groß- Erzeugung
Verteilung
Verbraucher
Verbraucher
Verbraucher Energieexport
Energieimport
Übertragung
Dezen trale Erzeu
gung
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (6)
Übertragungsnetz
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (7)
Komponenten der Energieverteilung im deutschen Strommarkt
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (8)
Benutzungsstunden der Energieerzeugungseinheiten
Auslastung* in % 87
81 68
53 28 26 15
5 994
7 100 7 599
1 336
2 260 2 470
4 645
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 Windenergie
Erdgas Speicherwasser Steinkohle Laufwasser Braunkohle Kernkraft
Mit Off-Shore Erhöhung erwartet
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (9)
• es gibt derzeit 4 ÜN-Betreiber
• in jedem Netzbereich gibt es Großer- zeugereinheiten, die direkt einspeisen
• dezentrale Einspeisungen wirken meist in der VN-Ebene
• die Energiebilanz in Summe entsteht jedoch in der ÜN-Ebene
• der Energiebedarf und das Energieange- bot wird bilanziert
• Ausgleich erfolgt über die Regelzonen 9 Bilanzplanung
9 Kraftwerkseinsatzplanung 9 Angebot/ Verkauf von Energie 9 Leistungs-Reservierung
• finanzieller Ausgleich - Netznutzung
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (10)
• Länderübergreifend erfolgt Energieexport und –import
• Energiepreis im Wettbewerb (z.B. billigster Atomstrom aus Frankreich, billiger Strom aus Osteuropa u.ä.)
• Ausgleich Energiebedarf
• Besicherung im Störungsfall
• auch diese Prozesse müssen in der Bilan- zierung berücksichtigt werden
• Energie kann im Spotmarkt gehandelt
werden – kurzfristige Angebot/ Nachfrage
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (11)
Die Liberalisierung seit 1998 hat für die energietechnischen Systeme zu neuen Rahmenbedingungen geführt!
Marktregeln Monopole Verbändevereinbarungen
Verträge Langfristig (bis zu 20 Jahre!) Kurzfristig/ flexibel
Entscheidungen Mittel- bis langfristig, Planungssicherheit Kurzfristig, teilergebnisorientiert
Zuverlässigkeit/
Versorgungssicherheit
Einheitlich hoch im Gesamtnetz Differenziert, nach lokaler Anforderung
Netzauslastung Normal: ausreichend Reserve, minimale Verluste, im Störfall hohe Betriebssicherheit
Nutzung vorhandener Reserven, Steigerung Netzauslastung, weniger Verlustoptimierung Netzausbau Technisch sinnvolle Stufen, hohe Anforderungen Minimalforderungen, Leistung, Qualität,
Zuverlässigkeit
Dezentrale Einspeisung Gering, kaum Auswirkungen Rapide zunehmend (EEG)
Kosten/ Nutzen Zuverlässigkeit/ Selektivität als Grund für „Mehr“ an elektr. Betriebsmitteln + Betriebsführung
Minimierung Betriebsmittel und Betriebskosten, Netzrückbau und -optimierung
Investitionsgrund Lastzuwachs + Anlagenalter Sehr differenziert, optimiert
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (12)
Teilsysteme
System der Energieformänderung Erzeugung
zentral Erzeugungen
dezentral
System der Energieübertragung Übertragungs-
netze
Übertragungs- netz 1 Übertragungs-
netz 4
Verteilungs- netze Verteilungs-
netz 1
Verteilungs- netz n
System der Energienutzung Tarifkunden
Verbraucher
Groß-/ Sonder-
kunden
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (13)
Welche Funktionalitäten ordnen Sie den Teilsystemen zu?
Würden Sie weitere Teilsysteme nennen - welche ?
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (14)
Energietechnische Systeme
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Funktionalitäten der Teilsysteme
Erzeugungsanlagen Ändern der Energieform , Transformieren, Bereitstellen (zentral/ dezentral)
Übertragungsnetze Übertragen elektrischer Energie über weite Entfernungen, Hochspannung, große Leistung
Verteilungsnetze Übertragen elektrischer Energie über begrenzte Entfernungen, Hoch- und Mittelspannung, aufgeteilte, mittlere Leistungen
Umspannwerke System der Energieparameteränderung, Transformieren, Herstellen von Verteilstrukturen
Mess- und Schutzsysteme Zählen der Energiebereitstellung, Schutz der Anlagen bei Fehlern Informationssysteme Aufnehmen und Weiterleiten von Informationen, Übertragen von
Bedien- und Reaktionsbefehlen und -funktionalitäten
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Welche Prozesse ergeben sich an den Übergängen zwischen den Teilsystemen?
Welche Prozesse laufen innerhalb der Teilsysteme ab?
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Prozesse im Gesamtsystem
Technische
à Vermeidung/ Verschiebung von Investitionen
à Mobilisierung vorhandener Re- serven
à Sicherstellung von Systemverträg- lichkeiten
à Wichtung von Zuverlässigkeits- und Qualitätsanforderungen à Angepasste Planungsprämissen
und Planungsverfahren à optimierte Anlagentechnik
à Lösungsansätze für Management- Automatisierungs-, Informations- und Kommunikationssysteme zur Optimierung von Abläufen
Betriebliche
à Kosteneinsparung = Personal- einsparung
à trotzdem Garantie Sicherheit à Optimierung von Instandhal-
tungsstrategien
à Schaffung von Hilfssystemen à Optimierung des Betreibens
durch Leittechnik, Kommunika- tionssysteme, Automatisierung à zunehmende Zentralisierung
trotz räumlicher Ausdehnung der Wirkungsbereiche
à Lebensdauer der Anlagen
Wirtschaftliche
à Vertragliche Regelungen an Übergabestellen
à zahlreiche Partner in und zwischen den Teilsystemen à Marktpreise für Energie beein-
flussen Funktionalitäten inner- halb der Teilsysteme
à Kampf um Kunden und Markt- anteile
à absolute Kostenorientierung zur Gewinnsicherung
à Handel mit Energie
à Entscheidungen entsprechend Wirtschaftlichkeit
Jeder Prozess findet im Gesamtsystem und in den Teilsystemen statt
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (18) Beziehungen zwischen den Teilsystemen (1)
Dezentrale
Erzeugung Verteilungs-
netze Zentrale
Erzeugung
Übertragungs- netze
• Leistung – mengen- und zeit- gerecht, Einsatzplanung
• Qualität
• Wettbewerbsfähige Strom- preise
• Lieferverträge
• Anschlussverträge und -bedingungen
• Verfügbarkeit
• Leistung
Menge + Zeit = diskontinuierlich
• Qualität
• Wettbewerbsfähige Strompreise?
(subventioniert)
• Lieferverträge
• Anschlussverträge und -bedingungen
• Verfügbarkeit
• Reservierung
• Übertragungsfähigkeit mengen- und zeitgerecht
• Verfügbarkeit, Qualität
• Übertragungsreserven
• Wettbewerbsfähige Preise (Netznutzung)
• Anschlussverträge und -bedingungen
• Netzgestaltung
• Einspeisebedingungen
• Übertragungsfähigkeit mengen- und zeitgerecht
• Verfügbarkeit, Qualität
• Übertragungsreserven
• Wettbewerbsfähige Preise (Netznutzung)
• Anschlussverträge und -bedingungen
• Netzgestaltung
• Einspeisbedingungen
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (19)
Groß-/ Sonder- kunden Verteilungs-
netze
Tarif- kunden
• Energiemenge zeitgerecht
• Verfügbarkeit, Qualität
• Versorgungsgarantie
• Wettbewerbsfähige Preise (Strompreis + Netznutzung)
• Verträge mit Vorzugslieferanten
• Energiemenge zeitgerecht
• Verfügbarkeit, Qualität
• Versorgungsgarantie
• Wettbewerbsfähige Preise (Strompreis + Netznutzung)
• Verträge mit Vorzugslieferanten (verhandelte Konditionen?)
• Anschlussbedingungen
• Leistungsbilanzierung
• Fahrplan
• Zählung
• zeit- und mengengerechte Energiebereitstellung
• Verfügbarkeit, Qualität
• Versorgungsgarantie
• Wettbewerbsfähige Preise (Strompreis + Netznutzung)
• Verträge mit Kunden
• Anschlussbedingungen
• Abnahmequalitäten bei Groß- kunden
• Leistungsbilanzierung
• Fahrplan
• Zählung/ Verrechnung
Beziehungen zwischen den Teilsystemen (2)
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (20)
In der Kette von der Erzeugung zum Verbraucher bestehen enge Verflechtungen
Wirtschaftliche – Verträge, Wettbewerb, Versorgungsgarantie, Vertrieb von Energie, Handel mit Energie
Technische – Anschlussbedingungen, Lieferanforderungen,
Leistungsgarantie, Bilanzierung und Planung, Qualitäten, Erzeugungs- und Netzanpassungen, Informations- und Datenaustausch
Betriebliche – alle Prozesse in den Teilsystemen müssen in Summe die Bereitstellung der Energie beim Verbraucher sichern (Schalthandlungen, techn. Gestaltung, techn. Betrieb, techn. Planungen, Instandhaltung, Kundendienst
Gesamtsystem muss Zieldreieck der dt. Energiewirtschaft sichern
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Von der Erzeugung zum Verbraucher (21) Versorgungssicherheit
Umweltverträglichkeit Wirtschaftlichkeit
Ausgewogener Kompromiss
(Energiewirtschaftsgesetz, §1)
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (22)
Verteilernetz Verteilernetz1
1
Verteilernetz VerteilernetzX
X
...
...
KUNDEN
KUNDEN
Liberalisierung
ØStrombezugspreise sinken
ØKosten sinken Liberalisierung Kostendruck ×
Übertragungs- Übertragungs-netz
netz Braunkohlen- strom
Braunkohlenstrom Braunkohlen-
Braunkohlen-KW KW
Braunkohlenstrom
Mining Mining
Braun- kohlenstrom
Produkt
Rohbraunkohle
Kunde
Lieferant
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (25)
Vattenfall Europe Mining Leistung: ca. 240 MW Arbeit ca.1.150 GWh
Reg iona le Ener giever sorg er Vattenfall Europe Generation
Boxberg Jänschwalde Schwarze Pumpe
Leistung:
~ 6100 MW Arbeit (2000):
46.800 GWh
ca. 3,7%
ca. 2,3%
Ca. 59
Mio t K ohle
Energietechnische Systeme
Von der Erzeugung zum Verbraucher (24)
Mining
Kostenminimierung
Generation
Kostenminimierung
