Flexibilität für das Verteilnetz
Wirtschaftliche Bewertung
Kontakt Teilprojekt 4 (Netz):
Prof. Dr.-Ing. Markus Zdrallek, email: zdrallek@uni-wuppertal.de Tobias Kornrumpf, email: kornrumpf@uni-wuppertal.de
Kontakt Projektkoordinator:
Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt, email: theo.schmitt@bauing.uni-kl.de
Simulationsergebnisse
Hintergrund
• Es wurden drei Szenarien für die Entwicklung der Versorgungsaufgabe bis 2035 im Mittelspannungsnetz Radevormwald entwickelt und analysiert.
• Der Ausbau der Erneuerbaren Energien führt in Teilbereichen des Netzes zu unzulässigen Spannungs- bandverletzungen.
• Der Netzbetreiber muss unterschiedliche technologische und betriebliche Handlungsoptionen bewerten und die Beste auswählen.
• Flexibilität ist die Fähigkeit einer Anlage, die elektrische Leistung auf Grund eines externen Signals kurzfristig zu ändern. Basiert dieses Signal auf dem Netzzustand, spricht man von netzdienlicher Flexibilität.
• Die Flexibilitätsoptionen auf Kläranlagen können somit als Alternative zum Einspeisemanagement von Erneuerbaren Energien eingesetzt werden und Netzausbau vermeiden.
Poster-Download unter www.erwas-arrivee.de
Abb. 1: Mittelspannungsnetz Radevormwald
Netzkapazität je Szenario des EE-Ausbaus
• Im Status quo ist das Netz im zulässigen Betriebsbereich und es sind ausreichende Kapazitäten für zusätzliche Einspeisung und Entnahme vorhanden.
• Mit steigendem EE-Ausbau reduziert sich die verbleibende Aufnahmekapazität.
• Die Schwankungsbreite der Kapazitätsgrenzen im Jahresverlauf nimmt deutlich zu.
• Deutliche Überschreitungen der Einspeisegrenzen treten im Szenario OG auf Detailanalyse
Häufigkeit von Grenzwertverletzungen
• Grenzwertverletzungen treten in allen untersuchten Fällen nur sehr selten (ca. 1 % des Jahres) und kurz (15 min – 4 h) auf.
• Die Grenzwertverletzungen werden überwiegend durch eine Windenergieanlage (WEA) hervorgerufen und treten daher vermehrt im Herbst und Winter auf.
• Eine klare Tageszeitcharakteristik ist im Gegensatz zu PV-bedingten Netzproblemen nicht zu erkennen.
• Die Kläranlagenflexibilität kann in der restlichen Zeit (99 % des Jahres) frei am Markt agieren.
Netzdienliche Flexibilität durch Kläranlagen
• Der überwiegende Anteil des Flexibilitätsbedarfs kann durch die Abschaltung des Klärgas-BHKW gedeckt werden (62 % der Abrufe).
• Durch die kurzzeitige Zuschaltung von weiteren Belüftungsaggregaten können weitere 25 % des Bedarfs gedeckt werden.
• In den restlichen Fällen (13 % der Abrufe) muss zusätz- lich die WEA abgeregelt werden
• Insgesamt lässt sich die abgeregelte (und somit ungenutzte) Jahresenergie der WEA (3,4 MWh/a) um 92 % reduzieren.
Netzausbau im Bereich der Kläranlage
• Im Wirkungsbereich der Kläranlage ist der Flexibilitätseinsatz die kostengünstigste Option
• Die Kompensationszahlungen für die abgeregelte Energie der WEA entsprechen der potentiellen Vergütung für den netzdienlichen Flexibilitätseinsatz der Kläranlage.
7 Windenergieanlagen 3 Wasserkraftanlagen 186 PV-Anlagen
Kläranlage MS-Leitungen 9 KWK-Anlagen
UW Umspannwerk
UW UW
UW
1 2
4 3 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17
HS/MS ONS ONS ONS ONS KA ONS ONS ONS
ONS K ONS ONS ONS ONS
WEA
- € 100.000 € 200.000 € 300.000 € 400.000 € 500.000 € 600.000 € 700.000 € 800.000 €
Kabel rONT ESR DNA Kabel rONT ESR DNA Kabel rONT ESR DNA
UG Trend OG
CapEx OpEx Komp.-Zahlung
EinspeisungEntnahme
P
t
unzulässiger Betriebsbereich
zulässiger Betriebsbereich
netzdienlich erforderlicher
Betrieb
- € 100.000 € 200.000 € 300.000 € 400.000 € 500.000 €
Kabelausbau rONT Einzelstrangregler Netzautomatisierung + Flexibilität
Barwert 2015 [EUR]
Flexvergütung OpEx CapEx
28.484 € 7.612 €
1.129 €
7 Windenergieanlagen 3 Wasserkraftanlagen 186 PV-Anlagen
Kläranlage MS-Leitungen 9 KWK-Anlagen
UW Umspannwerk
UW UW
UW
Zeitreihenbasierte Netzberechnung
• Die intertemporalen Abhängigkeiten bei der Bereitstellung von Flexibilität erfordern eine zeitreihenbasierte Netzberechnung.
• Die Kopplung von Netz- und Kläranlagenmodell erfolgt über den Netzkapazitätskorridor.
• Dieser bildet sowohl den Flexibilitätsbedarf als auch den zulässigen Betriebsbereich der Anlage ab.
• Jahressimulationen erfolgen in 15-minütiger Auflösung.
Abb. 2: Netzkapazitätskorridor
Zusammenfassung und Fazit
• Netzautomatisierung unter Einsatz von Flexibilität ist oftmals die kostengünstigste Handlungsoption.
• Der Netzbetreiber sollte die günstigste, zur Verfügung stehende Flexibilitätsoption wählen.
• Kompensationszahlungen für dynamisches Einspeise- management sind relativ gering. Entsprechendes gilt für die Erlösmöglichkeiten des Kläranlagenbetreibers.
• Deckungsbeiträge für Investitionen zur Hebung von weiteren Flexibilitätspotenzialen müssen durch markt- orientierte Fahrweise kommen.
• Der netzdienliche Einsatz ist eine volkswirtschaftlich sinnvolle Zusatzanwendung und sollte im Sinne von Multi-Use-Ansätzen stets berücksichtigt werden.
• Die regulatorischen Rahmenbedingungen sollten so ausgestaltet sein, dass sie den netzdienlichen Einsatz fördern.
Netzausbau im Gesamtnetz
• Die innovativen Handlungsoptionen: regelbare Ortsnetztransformatoren (rONT), Einzelstrangregler (ESR) und die dezentrale Netzautomatisierung zur Nutzung von Flexibilität (DNA) sind deutlich günstiger als der konventionelle Netzausbau
• Über alle Szenarien liefert die DNA das beste Ergebnis
Abb. 3: Netzkapazitätsgrenzen je Szenario (Jahressimulation) Abb. 4: Zeitpunkte mit Grenzwertverletzungen Abb. 5: Deckung des Flexibilitätsbedarfs im Szenario OG 2035
Abb. 6: Kostenvergleich für das gesamte Netzgebiet Abb. 7: Kostenvergleich für den Anschlussstrang der Kläranlage
