close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Elektrische Netze der Zukunft – Was treibt uns in Deutschland und

EinbettenHerunterladen
Elektrische Netze der Zukunft – Was treibt uns in
Deutschland und Europa?
Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther
Faszination Technik – Erlangen, 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Übersicht
• Einleitung: Stromnetze im Wandel
• Neue Herausforderungen in Deutschland und Europa
–
Veränderte Rahmenbedingungen und Ziele
–
Marktentwicklung
–
Integration erneuerbarer Energien
–
Versorgungssicherheit und Systemstabilität
–
Visionen der Zukunft
• Lösungsansätze und Forschungsbedarf
• Zusammenfassung
Seite 2 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Die Stromversorgung in den Schlagzeilen…
Seite 3 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Neue Randbedingungen für die elektrische
Energieversorgung
21. Jahrhundert
20. Jahrhundert
•
Regionale Verantwortung der
Energieversorgungsunternehmen
•
Vertikal integrierte Unternehmen,
Erzeugung und Netzbetrieb in einer
Hand
•
•
Übertragungskapazitäten genügen
Austauschhilfe für Systemsicherheit
Wenig oder keine Opposition zur
Genehmigung im Netzausbau
•
Gemeinsamer europäischer Markt,
Stromhandel, wachsender Bedarf an
Übertragungskapazitäten
•
Unbundling der Energieversorgungsunternehmen
•
Regulierung des Netzgeschäfts
•
Öffentliche Ablehnung des Baus neuer
Leitungen
•
CO2 Reduktion und Integration
erneuerbarer Energien
Seite 4 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Netzebenen und
Systemkomponenten
Höchstspannungsnetz
Übertragungsnetz
Hochspannungsnetz
Verteilnetz
Mittelspannungsnetz
Niederspannungsnetz
Seite 5 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Elektrische Netze
im Wandel
Verbrauchsschwerpunkte
konventionelle Kraftwerke
Erzeugungsüberschuss
Erzeugungsdefizit
Windenergie onshore/offshore
Verstärkung des
Photovoltaik privat
Übertragungsnetzes
Photovoltaik gewerblich
Reserve-Kraftwerke
Seite 6 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Neue Herausforderungen in Deutschland
und Europa
Seite 7 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Aspekte einer nachhaltigen Systemgestaltung
Klimaschutz
Markt und
Handel
sicher
Energiepolitik
Regulierung
Systemsicherheit und
Versorgungsqualität
umweltverträglich
Gesetzgebung
Energiebedarf
wirtschaftlich
effizient
verbraucherfreundlich
IT und Kommunikation
Kosten
Seite 8 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Erzeugungsmix
Technologie und
Innovation
Gesellschaftliche
Akzeptanz
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland
maximale Last ca. 80.000 MW
Minimale Last ca. 35.000 MW
Quelle: BMU
Seite 9 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Offshore-Windintegration in Europa
Offshore-Grid
offshore scenario
Country
2020
2030
Belgium
1.994
3.794
Denmark
2.329
3.799
Estonia
0
1.600
Finland
590
3.190
France
2.510
4.914
Germany
10.249
26.553
Ireland
1.055
3.780
Latvia
0
900
Lithuania
0
1.000
Netherlands
4.622
12.122
Norway
957
9.667
Poland
500
5.300
Russia
0
500
Sweden
2.983
10.522
UK
15.303
38.146
Total Northern EU 42.135 115.620
Total Offshore-Grid 43.093 125.787
Seite 10 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Quelle: offshore-grid.eu
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Szenarien der elektrischen Energieversorgung bis 2050 in
Europa
Quelle: ECF
Seite 11 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Vergleich von Handelsgeschäften und tatsächlichem
Lastfluss
Beispiel: Situation in Europa am 17.11.2004 um 19:00 h
P
1795
AT
+428
503
1684
535
465
+1784
649
820
SK
+212
+476
247
1393
218
CZ
1495
14
3
CH
E
+1235
I
30
0
GR
3
14
other Centrel
countries
1198
+3511
Ua
380
- 6303
Wind generation
feed in
11600 MW
879
SK
I
PL
743
D
+1340
F
149
+ Export
- Import
DC link
in MW
S
502
2817
3200
-1802
?
??
2652
+392
NL
0
???
+370
232
P
AT
1399
-1293
2577
419
???
CH
2748
+1750
589
+2588
E
CZ
1685
600
Wind generation
feed in
11600 MW
3927
F
22
3
1200
+1580
B
724
-1648
+1420
1683
PL
415
D
DK
Seeland
+1198
DK
106
1797
470
NL
+ Export
- Import
DC link
in MW
S
770
180
-1373
1200
B
DK
Seeland
465
+1200
DK
Physikalischer
Leistungsaustausch
1062
Handelsfahrpläne /
Austauschprogramm
Ua
- 6356
1545
30
0
other Centrel
countries
GR
Quelle: E.ON Netz GmbH
Seite 12 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
+ 100 MW
in Belgien
Modellrechnung
zur Lastflussverteilung
41
3
59
3
28
20
5
6
56
Physikalische
Flüsse in MW
-100 MW
in Italien
Quelle: TenneT
Seite 13 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Integration der Windenergie: Windeinspeisung und
Lastverlauf
Quelle: TenneT
Seite 14 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
PV-Prognose und Abweichung durch Nebel
3500 MW
PV-Ist-Hochrechnung
PV-Einspeisung bei
TenneT am
PV-Prognose
3000 MW
07. Oktober 2010
(installierte
2500 MW
Leistung 7.1 GW)
Abweichungen von
bis zu 2,2 GW
2000 MW
1500 MW
1000 MW
500 MW
0 MW
07.10.10 00:00
07.10.10 03:00
07.10.10 06:00
07.10.10 09:00
07.10.10 12:00
07.10.10 15:00
07.10.10 18:00
07.10.10 21:00
08.10.10 00:00
Quelle: TenneT
Seite 15 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Lastflussverschiebung durch Einspeisung aus Wind und PV
10/20 kV
ohne Wind/PVEinspeisung
Seite 16 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
10/20 kV
mit Wind/PVEinspeisung
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Volatilität der regenerativen Einspeisung
30.000 MW
25.000 MW
20.000 MW
15.000 MW
10.000 MW
5.000 MW
0 MW
WIND
PV
Wind/PV
8.000 MW
6.000 MW
4.000 MW
Export 2.000 MW
0 MW
-4.000 MW
-6.000 MW
Import
-8.000 MW
01.04.2011
00:00
03.04.2011
02:00
05.04.2011
04:00
07.04.2011
06:00
09.04.2011
08:00
11.04.2011
10:00
Seite 17 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
13.04.2011
12:00
15.04.2011
14:00
17.04.2011
16:00
19.04.2011
18:00
Quelle: TenneT
-2.000 MW
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Versorgungssicherheit: Leistungsbilanz in Deutschland 2011
(Ergebnisbericht gemäß §12 EnWG der 4 dt. ÜNB)
ca. 147 GW
ca. 80 GW
Ergebnis : in Summe 1,7 GW
Unterdeckung, insbesondere in
Süddeutschland
Seite 18 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Netzsicherheit durch Spannungshaltung
Lastflüsse in Nord-Süd Richtung verstärken das Spannungsgefälle




Seite 19 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Quelle: Deutsche ÜNB


Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Soll – Ist = Regelenergiebedarf
19.600
PKL
Leistung in MW
Tatsächliche
Last
19.400
Tatsächlicher
Lastmittelwert
19.200
PLS
PPF
19.000
Lastprognose
18.800
10:00:00
11:00:00
Uhrzeit
Seite 20 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
12:00:00
Quelle: Amprion
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Regelleistung und Frequenzstabilität
Regelleistung
• ist eine Systemdienstleistung zur Systembilanzsteuerung (Frequenzstabilität)
• Wird gewährleistet durch konventionelle Kraftwerke, die frei disponible Leistung zur
Verfügung stellen können (derzeit ca. ± 4000 MW in Deutschland)
Regelleistungsarten:
PRL
SRL
MRL
0,5 min 5 min – 15 min
t
Prognoseabweichungen
treten auf bei:
- EEG Einspeisung
- Lastentwicklung
- Netzverlusten
- KW-Fahrplänen
Quelle: TenneT
Seite 21 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Visionen der Zukunft:
Offshore-Netz in der Nordsee
… von nationalen zu europäischen
Lösungen …
Untersuchungsbedarf:
• Marktanalysen
• Regulatorischer Rahmen
• Technische Machbarkeit
• Wirtschaftlichkeit
• Systembetrieb
in operation
in progress
HVDC platform
coordinated
offshore development
Seite 22 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Quelle: STATTNET
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Visionen der Zukunft: „ Die Desertec Industrial Initiative“
Quelle: desertec
Seite 23 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Lösungsansätze und Forschungsbedarf
Seite 24 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Integration der Offshore-Windenergie in
das deutsche Übertragungsnetz
• VSC (Spannungszwischenkreis)Hochspannungs-GleichstromÜbertragung (HGÜ) für die
Anbindung von OffshoreWindenergie und eine mögliche
Multiterminallösung
• Klassische HGÜ (Stromzwischenkreis)
für den Transport der Windenergie in
die Lastschwerpunkte
Seite 25 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Forschungskonzept am Lehrstuhl für Elektrische
Energiesysteme
Digitale
Netzberechnung
quasi-stationär
und dynamisch
Analog-HybridSimulator (AHS)
Experimentelle
Systemanalyse
am Versuchsstand
Real Time Digital
Simulator (RTDS)
Echtzeitsimulation
in realer
Umgebung
Innovative Konzepte, Technologien und Expertensysteme für eine
nachhaltige Netzentwicklung und Systemführung der Zukunft
Seite 26 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Intelligente dezentrale Systeme der Zukunft
Windenergie
Photovoltaik
Biomasse
Übertragung
Smart Distribution Grids
Industrie
Speicher
e-mobility
„Prosumer“
Seite 27 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Interdisziplinäre ganzheitliche Systembetrachtung:
Elektrischer und chemischer Energietransport
Neue nicht-fossile Energieketten: Strom- und Gasnetze
Quelle: ZSW, SolarFuel GmbH, mod.
Seite 28 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Energie Campus Nürnberg (EnCN) Spitzenforschung entlang der Energiekette
Transport &
Speicherung
Erzeugung
Materialforschung für
Energiegewinnung und
Energietransport
Leistungselektronik,
Informationstechnik und
Energieflusssteuerung
für elektrische Netze,
chemischer Transport &
Speicherung
Nutzung
Energieeffizienz durch
neue Materialien,
Prozesse, Elektronik und
intelligente Steuerungen
Simulation und Optimierung von Energienetzen
Sozioökonomische Begleitforschung
Design für Energieeffizienz
Seite 29 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Energieversorgung der Zukunft
Quelle: Lernsequenzen – Zukunft der Stromversorgung
Seite 30 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Seite 31 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Zusammenfassung
•
Europäische energiepolitische Vorgaben, deren nationale Umsetzung und nicht
zuletzt der in Deutschland beschlossene Kernenergieausstieg bedingen einen
schrittweisen und nachhaltigen Umbau der Energieversorgung.
•
Die elektrischen Energieversorgungssysteme der Zukunft werden durch die
Integration eines hohen Anteils von regenerativer Erzeugung, dezentralen Strukturen
und einem stark ausgeprägten Stromhandel gekennzeichnet sein.
•
Die zunehmende Integration dezentraler und großräumiger volatiler Erzeugung
erfordert neue Netzstrukturen und Technologien sowie innovative
Betriebsführungskonzepte in Verbindung mit intelligenter Kommunikationstechnik.
•
Versorgungssicherheit und Systemstabilität sind oberstes Gebot. Hierzu ist eine
erweiterte Kooperation und enge Koordination der Netzbetreiber auf nationaler und
europäischer Ebene notwendig.
•
Die Lösung zur Gestaltung intelligenter und nachhaltiger Energiesysteme liegt in der
interdisziplinären Zusammenarbeit. Der Systemgedanke gewinnt zunehmend an
Bedeutung. Der Bedarf an die zukünftige praxisorientierte Aufgaben in Forschung und
Entwicklung steigt.
Seite 32 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Elektrische Netze der Zukunft – was treibt uns
in Deutschland und Europa?
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther
Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme
Konrad-Zuse-Str. 3-5
91052 Erlangen
Tel:
Fax:
+49 9131 85-23445
+49 9131 85-23499
E-Mail: matthias.luther@ees.fau.de
Web:
http://ees.eei.fau.de
Seite 33 • Prof. Dr.-Ing. Matthias Luther • Faszination Technik 16. Mai 2012
Document
Kategorie
Bildung
Seitenansichten
7
Dateigröße
3 760 KB
Tags
1/--Seiten
melden