3. Anforderungen an die elektrische Energieversorgung

Ausgewählte Kapitel der elektrischen Energieversorgung

3. Anforderungen an die elektrische Energieversorgung

Entwicklung im Umfeld der Liberalisierung Versorgungszuverlässigkeit und -qualität

Fachhochschule Lausitz Senftenberg Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann

Prof. Dr.-Ing. K. Lehmann

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (1)

Umfeld der Anforderungen Prinzipiell wirkt der Prozess der Liberalisierung auf Prozesse in der Energieversorgung

Kostendruck

Gewinn Overhead-

Kosten Betriebs- und

Störungs- management

Instandhaltung Investitionen

Gewinn

Overhead- Kosten Betriebs- und

Störungs- management Instandhaltung

Investitionen

Kosten- einfluss

für Verbraucher

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (2)

Umfeld der Anforderungen

Kunden legen Wert auf Versorgungssicherheit und Versorgungsstabilität!

sehr gut/

sehr wichtig

Bild 3 Soll-Ist-Profil der EltVU (Quelle ADL-Studie)

•Höhe des Preises

•Flexibilität der Preisstruktur

•Versorgungssicherheit

•Stabilität (Spannung, Frequenz)

•Kompetenz der Beratung

•Angebot von Dienstleistungen

•Transparenz bei der Abrechnung

•Eindeutigkeit des Ansprechpartners

•Verhältnis zum Vertriebsmann

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Anforderungen an die

EltVU im liberalisierten Markt

Gegenwärtige Bewertung der EltVU durch den

industriellen Kunden

schlecht/

unwichtig

• aber: Preis soll trotzdem niedrig sein

• „qualitativ hochwertiger Strom“

wird zu „Ware“ als neues Markt- element

• Versorgungsqualität wird verhan- delbar (Netzanschlussverträge)

• eindeutige Forderungen und de- finierte Vorgaben nicht immer vorhanden oder unklar!

Soll-Ist-Profil der Anforderungen an EVU

Prof. Dr.-Ing. K. Lehmann

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (3)

Umfeld der Anforderungen Konflikt: Die notwendigen Maßnahmen zur Sicherung des Gewinns stehen

sowohl auf der Kosten- als auch auf der Erlösseite der Energieversorgung (Netz) an

Netz-GuV

Gewinn Kosten

• Verteilung

• Sonstige Dienst- leistungen

Erlöse

• Netznutzungsentgelte für Energielieferung und Systemdienst- leistungen

• Sonstige Dienst- leistungen

• Kundenakquisition (Netzanschluß- verträge, Netzdienstleistungen, ...)

• Sicherstellen der Vertretung von Interessen bei entstehenden Richtlinien

• Sicherstellen der Interessen bei Verhandlung über Netznutzung

• Aktives Beeinflussen der regulierenden Stelle bei

Entscheidungen und Vorgaben

• …..

Erlöse managen

• technische und wirtschaftliche Netzplanung so, daß dauerhafte Profitabilität erreicht wird (u.a. Anla- gensegmentierung, Investitions- und Instandhaltungsstrategie)

• Anlagen so betreiben, dass die Leistungsbereitstellung bei mini- malen Kosten erfolgt

• Versorgungsqualität ist den An- forderungen des Kunden anzu- passen

• Beziehung zu internen und externen Dienstleistern unter Qualitätsaspekten kosten- optimal steuern

Anlagen managen

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (4)

Umfeld der Anforderungen Es entsteht ein Konfliktfeld Kunde ÍÎ EVU!

Kunde

• Produktionsprozesse mit steigendem Grad der Automatisierung stellen höhere

Ansprüche an Qualität und Zuverlässigkeit der Versorgung

• Ausfallkosten bei Nichteinhaltung bestimmter Spannungsqualitäten (auch kurzzeitig) steigen

• Spannungseinbrüche als Hauptfaktor (im

vorgelagerten Netz – z.B. Sturm- oder Gewitter- störungen, im eigenen Netz)

• Versorgungsunterbrechungen führen zu Produktionsausfall Æ Kosten

EVU

• Qualitätsmerkmale nur eingeschränkt und mit hohem Aufwand zu verbessern

• Energie mit festgelegter Qualität wird an alle angeschlossenen Netzkunden geliefert

• Bezahlung für nicht geforderte Qualitäts- merkmale nicht gewünscht – Bezahlung für Forderungen Dritter!

• Maßnahmen nicht vorrangig auf Ver- besserung der Qualität ausgerichtet

ÆWenig Aufwand für Beibehaltung bestimmter Merkmale

Æ oft: Verzicht auf Zusicherung mit entspre- chender Kostensenkung

Prof. Dr.-Ing. K. Lehmann

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (5)

Definition „Versorgungsqualität“

DIN EN 50160

Merkmale der Spannung in öffentlichen EV-Netzen Definition „Versorgungsqualität“

Bild 1 Elektrizität als Versorgungsqualität

Versorgungsqualität Versorgungsqualität

Spannungsqualität Spannungsqualität

•Langs. und schnelle Spannungsänd.

•Flickerstärke

•Spannungseinbrüche

•Kurze, lange Unterbrechungen

•Netzfrequente Überspannungen

•Transiente Überspannungen

•Spannungsunsymmetrie

•Oberschwingungsspannung

•Zwischenharmonische Spannungen

•Signalspannung Versorgungs-

zuverlässigkeit Versorgungs- zuverlässigkeit

•Spannungshaltung

•Frequenzhaltung

•Versorgungswieder- aufbau

•Betriebsführung

•Verfügbarkeit

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (6)

Definition „Versorgungsqualität“

• DIN EN 50160 beschreibt die Qualitätsmerkmale der Spannung in MS- und NS-Netzen an der Übergabestelle zum Kunden unter normalen Betriebsbedingungen

• in relativ großer Spannbreite werden im

Zeit- und Frequenzbereich

Mindestwerte und Maximalpegel definiert!

• sie stellt den „kleinsten Europäischen Nenner“ dar – begründet in der unterschiedlichen Qualität der europäischen Netze

• Von – Bis – Pegel, störspezifische Orientierungswerte Æ Problematisch vor allem für industrielle Großkunden

Æ nicht mehr Aufrechterhaltung eines maximalen Qualitätsstandards ist das Ziel, sondern vertretbarer Mindeststandard auf dem untersten Level eines gemeinschaftlichen

europäischen Konsens

Prof. Dr.-Ing. K. Lehmann

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (7)

Definition „Spannungsqualität“

e

c Transiente Überspannungen im ms-Bereich bis zum Vielfachen U_N

d Kommutierungseinbrüche

Æ beide Formen lokal begrenzt Æ Auftreten in Nähe der Störquelle

e Spannungseinbrüche bis auf 0V – ms- bis s-Bereich

Æ wenn längerer Spannungsausfall f = Versorgungsunterbrechung

g periodische Schwankung der Spannung mit geringer Amplitude = Flicker

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (8)

Definition „Spannungsqualität“

Verlauf der Spannung

• Kurze und lange Spannungs- unterbrechung

• Zeitweilige Unterbrechungen

• Anhaltende Unterbrechung Spannungsform

• Transiente Über-

spannung / Spannungs- einbruch

• Unsymmetrie

• Netz-/Zwischen- harmonische

Spannungsstabilität

• Unter- und Über- spannung

• Spg.senkung

• Spg.anhebung

• langsame und schnelle Spannungs- änderungen

• Flicker

• Frequenz Netzan-

schlusspunkt

Prof. Dr.-Ing. K. Lehmann

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (9)

Definition „Spannungsqualität“

definiert definiert definiert definiert

nur Anhaltswerte nur Anhaltswerte nur Beschreibung

definiert definiert

Werte in Beratung definiert

„

Netzfrequenz

„

Spannungshöhe

„

Langsame Spannungsänderungen

„

Schnelle Spannungsänderungen Spannungsschwankungen, Flicker

„

Spannungseinbrüche

(0,9 U

< U < 0,01 U

)

„

Versorgungsunterbrechungen (U < 0,01 U

)

„

Überspannungen

„

Spannungsunsymmetrie

„

Oberschwingungsspannung

„

Spannung von Zwischenharmonischen

„

Signalspannungen

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (10)

„ hervorgerufen üblicherweise durch Änderungen der Gesamtlast in einem Verteilnetz oder in einem Teil des Verteilnetzes

„ bisher Hauptursache von Kundenbeschwerden

„ Toleranzen definiert in DIN EN 50160 und IEC 38

DIN EN 50160

• Nennspannung 230 / 400 V

• Toleranz +10 % / -10%

bis 2003 +6 % / -10 %

• Meßmethode definiert

• zugelassene statistische Verteilung definiert

„ Messung von 1010--MinutenMinuten-Mittelwerten-Mittelwerten Maximum-/Minimumwerte sind nicht relevant

„ Betrachtung 1 Wochenintervall = 1008 Messwerte1 Wochenintervall = 1008 Messwerte

„ 2 Kriterien:

ÖÖ95 % der Messwerte95 %

innerhalb der Toleranz +6/-10% U_N (ab 2008 obere Toleranz +10 %) ÖÖ100 % der Messwerte100 %

Aussagen zur Spannungsqualität nur überstatistische Verteilung der

10-Minuten-Mittelwerte möglich

Langsame Spannungsänderungen

230 V 253 V (+10%)

195,5V (-15%)

100% / 1008 Messwerte

95% / 958 Messwerte

244V (+6%)

207V (-10%)

Prof. Dr.-Ing. K. Lehmann

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (11)

Flicker

Ursache für Flicker = Spannungsschwankungen durch

„ Ein-/ Ausschaltvorgänge größerer Lasten

„ Motorenanlauf

„ Thermostatsteuerungen, z.B. Kochfelder

„ Lichtbogenöfen

„ Schweißmaschinen

regelmäßig < > unregelmäßig

Störwirkung ist abhängig vom persönlichen Empfinden

„ Kurzzeitflickerstärke P_st entspricht 10 min

„ Langzeitflickerstärke P_lt berechnet aus 12 Intervallen P_st über 2-h-Intervall nach

„ Betrachtung von 1 Wochenintervall1 Wochenintervall

3 12

1 i

3 sti

lt 12

P

∑

=

=

95 % der Messwerte P 95 %

nicht größer als P

=1

Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (12)

Kunden Æ „Spannungsqualität“

ƒ Qualität für Kunden wichtiges Kriterium –

aber Anforderungen weichen voneinander ab!

ƒ Beleuchtung Î keine Flicker

ƒ Motoren Î keine Unsymmetrien/ keine Oberschwingungen

ƒ Fertigungen Î keine Voltage Dips (Spannungseinbrüche im ms-Bereich)

ƒ Rechnersysteme Î Keine Dips, keine Überspannungen

ƒ Uhren/ netzfrequenz-

abhängige SteuerungenÎ keine Mehrfachnulldurchgänge, keine Transienten (Kommutierungseinbrüche)

ƒ elektronische Geräte Î keine Überspannungen, keine längeren Spannungs- einbrüche

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Anforderungen an die elektrische Energieversorgung (13)

Ganzheitlicher Kosten-Nutzen-Gap / Qualität Elektrizität Ganzheitliche

Kosten-Nutzen-Bewertung über

9 notwendige Maßnahme Netz

9 notwendige Maßnahme Maschine

Summe aller Kosten

=

ein Indikator für den Effizienzwert

Kosten Netz Kosten Ausfall

Anlagen

Low Quality High Quality

Kosten

Qualitätsanforderung EE-Netz