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2010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptx
Studie von Roland Berger Strategy Consultants – Zusammenfassung der Ergebnisse
Auswirkungen des Photovoltaik-Ausbaus auf die Verteilernetze
Berlin, 04. November 2010
Zuallererst: Ein herzliches Dankeschön!
Roland Berger Strategy Consultants hat dank Ihrer Mitarbeit eine Studie zu den Auswirkungen der steigenden Anbindung von Photovoltaik-Anlagen an die Verteilernetze durchführen können. Wir haben während der Interviews unsere Thesen durch Ihre fachliche Expertise spiegeln können und haben viele Erkenntnisse gewonnen. Wir sind Ihnen für die Zeit, die Sie sich genommen haben, sehr dankbar, und schätzen Ihre Bereitwilligkeit, Ihr Wissen und Ihre Erfahrungen mit uns zu teilen sowie Thesen mit uns zu diskutieren sehr.
Wie versprochen stellen wir Ihnen mit dieser Unterlage die Ergebnisse unserer Umfrage zur Verfügung. Alle Aussagen wurden
22010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptx
Wie versprochen stellen wir Ihnen mit dieser Unterlage die Ergebnisse unserer Umfrage zur Verfügung. Alle Aussagen wurden anonymisiert und aggregiert. Sollten Sie Anmerkungen oder Rückfragen zu der Darstellung haben, stehen wir Ihnen natürlich sehr gerne weiterhin zur Verfügung.
Vielen Dank und mit herzlichen Grüßen,
Torsten Henzelmann Caroline PetersPartner Senior ConsultantRoland Berger Strategy Consultants Roland Berger Strategy Consultants
Jochen Schönfelder Philipp HattrupPrincipal Project ManagerRoland Berger Strategy Consultants Roland Berger Strategy Consultants
Steigende Anbindung von PV-Anlagen kann bewältigt werden – Opti-mierungs- und Ausbaumaßnahmen der Verteilernetze sind notwendig
Die Kern-Ergebnisse der Experten-Interviews
> Die Verteilernetze stellen keinen „Show-Stopper“ für den Ausbau der Photovoltaik dar – jedoch ist die steigende Anbindung von PV-Anlagen eine Herausforderung für Verteilernetzbetreiber
> Auftretende Probleme sind lösbar – jedoch sind Investitionen in Maßnahmen zur Erhöhung der Photovoltaik-Aufnahmefähigkeit der Verteilernetze erforderlich
32010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
Photovoltaik-Aufnahmefähigkeit der Verteilernetze erforderlich> Die Einhaltung des Spannungsbandes ist die am häufigsten auftretende technische
Herausforderung, die Überlastung von Betriebsmitteln spielt eine eher untergeordnete Rolle> Städtische Verteilernetze sind wesentlich aufnahmefähiger für dezentrale Einspeisung durch
Photovoltaik-Anlagen als ländliche Verteilernetze – Maßnahmen werden hauptsächlich in ländlichen Gebieten, in Ausnahmefällen in städtischen Gebieten, notwendig werden
> Innovative und verhältnismäßig kostengünstige Maßnahmen werden die Photovoltaik-Aufnahmefähigkeit von Verteilernetzen deutlich verbessern – insbesondere durch blindleistungsregelungsfähige Wechselrichter und dynamische Spannungsregler für die Ortsnetzstation
Durch Fokus auf PV-Ballungszentren können Aussagen zur Belastung der Verteilernetze bei hoher PV-Einspeisung getroffen werden
Großstadt>100.000
Urbanisie-rungsgrad
Wp/Einwohner
0-50 51-100 101-250 251-500 >500Total
[Anzahl]
Gesamt67
83%13
16%1
1% – –81
Aufteilung des Bundes-
Unsere Gesprächspartner: Netzexperten von V-Netzbetreibern mit PV-Ballungszentren
42010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: EEG Anlagenregister, energymap.info, Statistisches Bundesamt, Roland Berger Strategy Consultants
>100.000 Einwohner
Mittelstadt20.000-100.000 Einwohner
Kleinstadt / ländliche Region<20.000 Einwohner
GesamtNordMitteSüd
GesamtNordMitteSüd
GesamtNordMitteSüdTOTAL
83%95%93%44%
28546%67%50%17%
3.29130%45%37%4%
3.643
16%5%7%
50%
17428%21%25%41%
1.76516%17%20%10%
1.952
1%––
6%
13021%9%
20%36%
2.65025%19%25%30%
2.781
––––
244%1%4%6%
1.59315%9%
12%26%
1.617
––––
51%1%1%1%
1.50114%9%6%
30%1.506
194418
616
159300157
10.017
3.1863.8143.017
11.499
= PV-Ballungs-zentrum
des Bundes-gebiets nach installierter Leistung PV
Handlungsbedarf besteht bei hoher PV-Einspeisung hauptsächlich in ländlichen Verteilernetzen
Auswirkung der variierenden Strukturen von Verteilernetzen auf PV-Aufnahmefähigkeit
Übertragungsnetz
> Ob das Verteilernetz aufgrund des Anschlusses von PV-Anlagen ausgebaut werden muss, hängt von der lokalen Netzstruktur ab.
52010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptx
Verteilernetz
Land
(schematische Darstellung)
Stadt
ausgebaut werden muss, hängt von der lokalen Netzstruktur ab. Verteilernetze wurden traditionell entlang der Last ausgebaut, woraus eine lokal stark variierende Netzstruktur resultiert
> Das städtische Verteilernetz ist auf Grund seiner eng-maschigenStruktur und großen Leiterquerschnitte sehr absorptionsfähig für dezentrale Einspeisung durch PV-Anlagen. Zwei der befragten Verteilernetzbetreiber mit ausschließlich städtischen Netzen haben für ihr Netz auch bei einem Ausbau der Photovoltaik entlang des Nationalen Aktionsplans für Erneuerbare Energien (52 GW im Jahr 2020) keinerlei Notwendigkeit für Netzausbaumaßnahmen gesehen
> Auch andere Gesprächspartner sehen den Fokus heutiger und zukünftiger Netzausbaumaßnahmen ganz klar in ländlichen Gebieten
Quelle: Roland Berger Strategy Consultants
Fokus
Die relevanteste technische Herausforderung bei hoher installierter Photovoltaik-Leistung ist die Einhaltung des Spannungsbandes
Herausforderungen durch PV-Ausbau in Verteilernetzen (1/2)
Spannungsband einhalten1.
HERAUSFORDERUNGEN
TECH-NISCH
Relevanz ERLÄUTERUNGIn Deutschland ist die Normspannung nach DIN IEC 60038 geregelt. Eine Schwankung von +/-10 % ist zugelassen. Die am frühesten und am stärksten auftretende Herausforderung auf Ebene der Verteilernetze aufgrund einer hohen installierten Leistung Photovoltaik ist die Einhaltung des Spannungsbandes
62010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
einhalten1.
2.
3. Netzschutz gewährleisten
Leistungsspitzen vermeiden
NISCH Einhaltung des Spannungsbandes
Die Überlastung von Betriebsmitteln macht sich durch thermische Auswirkungen bemerkbar. Transformatoren sind mit Schutzeinrichtungen ausgestattet, die das Gerät ab einer bestimmten thermischen Überlastung vom Netz nehmen. Das Problem ist bisher nur in Einzelfällen aufgetreten und wird auch in Zukunft untergeordnet bleiben
Durch dezentrale Einspeisung kommt es zu einer Umkehrung von Lastflüssen. Die am Transformator angesiedelten Netzschutzrelais sind nicht immer in der Lage, die Richtung des Lastflusses zu messen. Die Ortung von im Netz auftretenden Fehlern wird in diesen Fällen erschwert. Möglicherweise wird eine Nachrüstung von Transformatoren mit Messeinrichtungen für die Richtung des Lastflusses notwendig
Relevanz: Wie häufig und in welchem Ausmaß tritt die jeweilige Herausforderung auf? Einschätzung basierend auf den Experten-Interviews
Legende: hoch niedrig
Für Verteilernetzbetreiber steigt der Aufwand – Mehraufwand und Mehrkosten können nicht immer geltend gemacht werden
Herausforderungen durch PV-Ausbau in Verteilernetzen (2/2)
Vorausschauende Planung verbessern4.PLANE-
RISCH
Die Umlage von Netz-Ausbaumaßnahme über die Netzentgelte ist nur zulässig, wenn die Ausbaumaßnahme in direktem Zusammenhang mit einem Netzanschlussbegehren stehen (Genehmigung durch BNetzA). Vorausschauender Ausbau ist dadurch erschwert. Ausnahmen
HERAUSFORDERUNGEN Relevanz ERLÄUTERUNG
72010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
Planung verbessern4.Zusätzliche Leistungen gewährleisten5.
RISCH (Genehmigung durch BNetzA). Vorausschauender Ausbau ist dadurch erschwert. Ausnahmen können unter bestimmten Voraussetzungen genehmigt werden (z.B. Erweiterungsfaktor).
Bei Netzanschlussbegehren sind Netzberechnungen notwendig. Durch Mehraufwand bei Netznutzungs- und Energiedatenmanagement sowie durch komplizierte Regelungen, wie die Eigenverbrauchsregelung bei PV-Anlagen größer 100 kW, steigt der Personalbedarf.
Energiemengen-Bilanzierung durch mehr Informationen erleichtern
6.Aufgrund der fluktuierenden Einspeisung von Photovoltaik-Anlagen bleibt eine unstete Restlastkurve. Der Energielieferant gleicht kurzfristig den Verlust- und Differenzbilanzkreis aus. Regelenergie ist auf dem Markt jedoch wesentlich teurer. Es liegen vor allem bei Kleinanlagen < 100 kW keine Informationen zur aktuellen Einspeisung vor, da hier die Messung nicht obligatorisch ist.
Relevanz: Wie häufig und in welchem Ausmaß tritt die jeweilige Herausforderung auf? Einschätzung basierend auf den Experten-Interviews
Legende: hoch niedrig
Für jede der technischen Herausforderungen stehen Maßnahmen zur Verfügung, bzw. werden derzeit entwickelt
Zuordnung von technischen Herausforderungen und Maßnahmen
Verstärkung der Leiter,
Austausch von Trans-
Hinzufügen neuer
Anderer Netzver-
Einspeise-manage-
Dynamische Spannungs-
Blind-leistungs-
Dezentrale Speicher
Last-manage-ment
KLASSISCHE MASSNAHMEN INNOVATIVE MASSNAHMEN
1 2 3 4 5 6 7 8 9
82010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
der Leiter, inkl. Parallel-systeme
von Trans-formatorendurch leis-tungsstär-kere Geräte
neuer Transfor-matorenund Bildung neuer Orts-netze
Netzver-knüpfungs-punkt
manage-ment
Spannungs-regelung in der ONS
leistungs-regelungdurch Wechsel-richter
Speicherment
Netzschutz verbessern ✗ ✗
Leistungsspitzen absorbieren
✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗✗
Einhaltung des Spannungs-bands
✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗ ✗✗ ✗
0 16 11 16 58 0 21 21 58
Fokus liegt heute noch auf "klassischen Maßnahmen" – Bedeutung und Vorteile von innovativen Maßnahmen wird zunehmend erkannt
Wirkung für die Erhöhung der PV-Auf-nahmefähigkeit d. Netze - Einschätzung
> Netzausbau – größerer Leiterquerschnitt und Installation von Parallelsystemen
1
Maßnahmen
Relevanz für den zukünftigen Ausbau Ihres Verteilnetzes
0000
niedrig1111 2222 3333
hoch
Auswertung der Einschätzung durch die Verteilernetzbetreiber (% der Befragten)
92010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptx
0
0
0
37
6
5
11
5
5
5
11
32
17
21
11
11
26
21
32
5
22
47
16
26
16
21
26
21
39
11
21
26
53
53
32
5
17
16
42
32
0
0
0
47
16
5
32
5
26
26
26
32
32
47
26
26
26
26
42
11
32
32
26
37
47
47
32
11
21
16
16
32
und Installation von Parallelsystemen
> Netzausbau – Austausch von Trans-formatoren durch leistungsstärkere Geräte
2
> Netzausbau – Hinzufügen neuer Trans-formatoren und Bildung neuer Ortsnetze
3
> Einspeisemanagement5
> Dynamische Spannungsstellung in der Ortsnetzstation
6
> Blindleistungsregelung durch den Wechselrichter
7
> Dezentrale Speicher8
> Anderer Netzverknüpfungspunkt4
> Lastmanagement (z.B. Smart Metering)9
Quelle: Roland Berger Strategy Consultants
Der Wirkungsgrad der Leiterverstärkung und des Leiterausbaus ist zwar sehr hoch, die Maßnahme ist aber auch verhältnismäßig teuer
Maßnahmen-Beurteilung (1/9)
1NETZAUSBAU
Größerer> Dauerhafte Lösung, mit hohem
Wirkungsgrad, die direkt an der > Maßnahme ist sehr teuer, v.a. bei
Tiefbau (Kosten 80-120 EUR/m,
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS - AUSWAHL
BEWERTUNG
102010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
GrößererLeiter-querschnittund Installation von Parallel-systemen
> Dauerhafte Lösung, mit hohem Wirkungsgrad, die direkt an der Problemstellung ansetzt. Durch die Maßnahme kann– die Spannungserhöhung gedämpft
werden– volle installierte Leistung
eingespeist werden
> Die Maßnahme ist kein "Neuland" –die Wirkung kann "mit dem Taschenrechner ausgerechnet werden"
> Maßnahme ist sehr teuer, v.a. bei Tiefbau (Kosten 80-120 EUR/m, davon 10-12 EUR für das Kabel)
> Kosten steigen voraussichtlich noch an, da mit den Kabeln teure Rohstoffe verlegt werden
> Maßnahme geht mit einer Störung des öffentlichen Raums einher, v.a. bei Tiefbau (Straßenzüge müssen geöffnet werden) – Tiefbau wird vermehrt angewendet, weil die Kabel geringeren atmosphärischen Einflüssen ausgesetzt sind
> Es wird eine Genehmigung benötigt, was administrativen Aufwand mit sich bringt
Die Maßnahme hat zwar eine hohe Wirkung, ist aber sehr teuer – der Einsatz sollte nur erfolgen, falls Netzoptimierungendurch innovative Maßnahmen nicht ausreichen (Prinzip Optimierung vor Verstärkung vor Ausbau)
Einsatz von leistungsstärkeren und mehr Trafos ist billiger als Leiter-verstärkung – die Maßnahmen sind aber größtenteils komplementär
Maßnahmen-Beurteilung (2&3/9)
2&3NETZAUSBAU
Einsatz einer
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS - AUSWAHL
BEWERTUNG
> Es handelt sich um eine dauerhafte Lösung, die direkt an der
> Maßnahme ist verhältnismäßig teuer (wenn auch günstiger als die
112010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
Einsatz einer größeren An-zahl an Trans-formatoren/ Ersetzen bestehender Geräte durch leistungs-stärkere Transfor-matoren
> Es handelt sich um eine dauerhafte Lösung, die direkt an der Problemstellung ansetzt– Spannungserhöhung kann
gedämpft werden– Mehr installierte Leistung kann
eingespeist werden
> Die Maßnahme hat einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad und ist kostengünstiger als die Verstärkung von Leitern
> Der Einsatz von mehr Transformatoren macht einen Anteil der Leiterverstärkung überflüssig
> Maßnahme ist verhältnismäßig teuer (wenn auch günstiger als die Verstärkung von Leitern)
> Bei der Unterbringung von Transfor-matoren können Platzprobleme auftreten (keine freien Grundstücke, Platz in der ONS reicht nicht aus)
> Vor allem "kleine" Netzbetreiber haben das Problem der Unterbringung alter Transformatoren. Die Trans-formatoren sind übrig, aber noch nicht abgeschrieben
> Bei Installation neuer oder leistungsstärkerer Transformatoren müssen in manchen Fällen auch zusätzliche Leiter verlegt werden
Die Maßnahme hat zwar eine hohe Wirkung, ist aber sehr teuer – der Einsatz sollte nur erfolgen, falls Netz-Optimierungen durch innovative Maßnahmen nicht ausreichen (Prinzip Optimierung vor Verstärkung vor Ausbau)
Die Wahl eines anderen Netzverknüpfungspunkts ermöglicht die Ausnutzung vorhandener Netzreserven – jedoch zu hohen Kosten
Maßnahmen-Beurteilung – Wiedergabe von Stellungnahmen aus den Interviews (4/9)
4ANDERER NETZ-
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS – AUSWAHL
BEWERTUNG
> Noch vorhandene Netzreserven werden verfügbar gemacht
> Investitionskosten zur Realisierung eines anderen Netzverknüpfungs-
122010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
NETZ-VERKNÜP-FUNGSPUNKT
> Noch vorhandene Netzreserven werden verfügbar gemacht
> Aus Sicht des Anlagenbetreibers besteht der Vorteil, dass dieser die volle installierte Erzeugungsleistung einspeisen kann
> Es findet eine Aufteilung der Kosten zwischen dem Anlagen- und dem Netzbetreiber statt (Kosten-aufteilung je nach Anteil, den die jeweilige Partei an der gesamtwirtschaftlich günstigsten Lösung einer Netzverknüpfung hat)
> Investitionskosten zur Realisierung eines anderen Netzverknüpfungs-punkts sind in den meisten Fällen sehr hoch (zu überbrückende Distanz, topographisch schwierige Strecke)
> Zur Einspeisung in eine andere Netzebene werden zusätzliche Transformatoren benötigt –Investitionskosten werden in die Höhe getrieben (auch zu berücksichtigen: Leerlaufverluste der Transformatoren)
> Entscheidung zum Anknüpfungspunkt verläuft nicht immer konfliktfrei
Die Maßnahme ist sehr teuer und sehr aufwändig – der Einsatz sollte nur erfolgen, falls Netz-Optimierungen durch innovative Maßnahmen nicht ausreichen (Prinzip Optimierung vor Verstärkung vor Ausbau)
Einspeisemanagement von PV-Anlagen wird kritisch gesehen –hoher technischer und Personalaufwand, sowie Konfliktpotenzial
Maßnahmen-Beurteilung – Wiedergabe von Stellungnahmen aus den Interviews (5/9)
5EINSPEISE-MANAGEMENT
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS - AUSWAHL
> Bestehende Netze können ohne > Volkswirtschaftlicher Nutzen ist
BEWERTUNG
132010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
MANAGEMENT
(Maßnahme befindet sich für Anlagen >100kW bereits in der Umsetzung –zur Debatte steht die Ausweitung auf Anlagen <100 kW)
> Bestehende Netze können ohne massive Investitionen weiter genutzt werden
> Verteilung der Investitionskosten auf eine große Anzahl von Marktteilnehmern (Anlagen- und Netzbetreiber)
> Volkswirtschaftlicher Nutzen ist fraglich – es wird Strom bezahlt, der nicht verbraucht wird; es findet eine Überbauung der Erzeugung statt, um insgesamt eine bessere Auslastung des Systems zu realisieren
> Maßnahme ist technisch aufwändig (IKT) und sehr personalintensiv, da jede Abregelung gegenüber der BNetzA gerechtfertigt werden muss
> Messtechnische Erfassung und steuerungstechnischer Eingriff in die Kundenanlage sind notwendig
Eine Ausweitung des Einspeisemanagementsauf Anlagen < 100 kWsollte nur in Betracht gezogen werden, wenn die dafür benötigte IKTfür einen anderen Zweck sowieso realisiert wird –in diesem Fall sind Maßnahmen für die Aufwandsverringerung seitens der Verteilernetzbetreiber notwendig
Der dynamische Spannungsregler in der ONS wird zukünftig einen Teil der klassischen Netzausbaumaßnahmen ersetzen können
Maßnahmen-Beurteilung – Wiedergabe von Stellungnahmen aus den Interviews (6/9)
6DYNAMISCHE SPANNUNGS-
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS – AUSWAHL
BEWERTUNG
> Maßnahme hat voraussichtlich einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad
> Die Maßnahme befindet sich noch im
142010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
SPANNUNGS-STELLUNG IN DER ORTSNETZ-STATION
> Maßnahme hat voraussichtlich einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad
> Maßnahme setzt direkt am primären Problem – die Nichteinhaltung des Spannungsbands – an
> Die Maßnahme wird, wenn zu wirtschaftlichen Konditionen auf dem Markt verfügbar, voraussichtlich einen Anteil der schwerwiegenderen Eingriffe (Netzverstärkung und Netzausbau) überflüssig machen
> Technik ist bereits von der dynamischen Spannungsregelung zwischen Mittel- und Hochspannung bekannt
> Die Maßnahme befindet sich noch im Entwicklungsstadium – der Spannungsregler ist noch zu groß für die Ortsnetzstation zwischen Mittel-und Niederspannungsebenen und noch deutlich zu teuer
> Möglicherweise ist eine zentrale Steuerung notwendig, um ein gegenseitiges Aufschwingen zu vermeiden
> Weitere, noch dazu intelligente Betriebsmittel erhöhen Wartungsaufwand und Betriebskosten
Die Maßnahme sollte so schnell wie möglich verfügbar (d.h. marktreif) gemacht werden – es besteht ein großes Potenzial, einen Anteil der sehr teuren klassischen Maßnahmen (Netzverstärkung und Netzausbau) durch diese Maßnahme überflüssig zu machen
Blindleistungsregelung durch Wechselrichter ist kostengünstige und vielversprechende Maßnahme
Maßnahmen-Beurteilung – Wiedergabe von Stellungnahmen aus den Interviews (7/9)
7BLIND-LEISTUNGS-
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS
BEWERTUNG
> Die Maßnahme ist kostengünstig und > Durch hohe
152010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
LEISTUNGS-REGLUNGS-FÄHIGER WECHSEL-RICHTER (WR)
> Die Maßnahme ist kostengünstig und mit wenig Aufwand realisierbar
> Vorhandene Netzstruktur kann viel besser genutzt werden – "ich nutze die Leitung aus, bis sie strommäßig ausgelastet ist" (d.h. bis zur Auslastung der Betriebsmittel)
> Die Maßnahme ist verhältnismäßig günstig und die Kosten werden über eine große Anzahl von Marktteilnehmern verteilt. Die Investition in den WR wird vom Anlagenbetreiber getragen (1% der Investition für die PV-Anlage)
> Dezentrale Anlagen leisten einen Beitrag zu den Netzdienstleistungen
> Durch hohe Blindleistungseinspeisung werden die Betriebsmittel frühzeitiger ausgelastet
> Es existiert das Risiko, dass sich die Wechselrichter "gegeneinander aufschwingen" – diese Herausforderung könnte aber, falls relevant, anhand der Steuerung durch eine Kennlinie, d.h. ohne den Aufbau einer Informations-und Kommunikationsstruktur, gelöst werden
Die Maßnahme hat ein sehr großes Potenzial, einen Anteil der sehr teuren klassischen Maßnahmen überflüssig zu machen. Gegenüber der dynamischen Spannungshaltung in der ONS besteht außerdem der Vorteil einer Verteilung der Kosten über eine große Anzahl von Marktteilnehmern
Dezentrale Speicher werden als Chance zur Minimierung des Netz-ausbaus gesehen – Entwicklung muss aber beschleunigt werden
Maßnahmen-Beurteilung – Wiedergabe von Stellungnahmen aus den Interviews (8/9)
8EINSATZ DE-ZENTRALER
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS
BEWERTUNG
> Anhand von dezentralen Speichern mit ausreichender Kapazität könnten
> Aktuell zu wirtschaftlichen Konditionen Die Maßnahme hat langfristig
162010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
ZENTRALER SPEICHER ZUM "PEAK SHAVING" (VERGLEICH-MÄSSIGUNGDER SPITZEN)
mit ausreichender Kapazität könnten Leistungsspitzen vermieden werden
> Bei nennenswertem Umfang können deutliche positive Auswirkungen auf die Verteilernetze erzielt werden – der "richtige Weg", um den Ausbau der Verteilernetze zu minimieren
> Das Problem der kurzfristigen Reservehaltung könnte gelöst werden
> Die Kosten für die Maßnahme werden über eine große Anzahl von Marktteilnehmern verteilt. Dezentrale Speicher werden an der PV-Anlage installiert, d.h. die Kosten werden vom Anlagen-Betreiber getragen
> Aktuell zu wirtschaftlichen Konditionen verfügbare Speicher haben nicht die Kapazität, die komplette Leistungs-spitze einer PV-Anlage abzufangen
> Entwicklungsdauer für wirtschaftliche dezentrale Speicher ist möglicherweise noch sehr lang
> Zur Steuerung der dezentralen Speicher wäre der Aufbau einer Informations- und Kommunikations-Infrastruktur notwendig
> Die Einwirkungsmöglichkeiten des Netzbetreibers müssten neu gestaltet werden
Die Maßnahme hat langfristig ein großes Potenzial der Netzentlastung, wenn gewährleistet wird, dass Leistungsspitzen abgefangen werden. Zur Beschleunigung der Verfügbarkeit wirtschaft-licher Lösungen am Markt sind Anstrengungen im Bereich Forschung und Entwicklung nötig. Innerhalb der Förderung müsste Peak-Shaving incentiviert werden
IKT-Aufbau durch Smart Grid hat Vorteile für Verteilernetze – vor allem durch bessere Datenverfügbarkeit über dezentrale Einspeisung
Maßnahmen-Beurteilung – Wiedergabe von Stellungnahmen aus den Interviews (9/9)
9LAST-MANAGEMENT
VORTEILE+ NACHTEILE–AUSSAGEN AUS DEN EXPERTEN-INTERVIEWS
BEWERTUNG
> Durch zuverlässige Verschiebung der Last hin zu dezentral verfügbarer
> Aufbau teurer Infrastruktur wäre notwendig
172010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
MANAGEMENT(z.B. Smart Metering)
Last hin zu dezentral verfügbarer Leistung könnte ein Teil des Verteilernetzausbaus vermieden werden
> Ein positiver Nebeneffekt wäre die Verfügbarkeit von Informationen im Netz, z.B. Informationen nahezu in Echtzeit zu Spannungsniveau und Leistung die durch kleine Anlagen eingespeist wird
> Aufbau teurer Infrastruktur wäre notwendig
> Wirkungsgrad voraussichtlich gering– Haushalten haben eine max.
Lastverschiebung von ca. 20%– Zeitvariable Stromtarife (Tag/Nacht)
gibt es in einigen Gebieten – werden aber von weniger als 3% der Kunden genutzt, und nur von 1,5% aktiv
> Zentrale Datenverarbeitung ist eine Herausforderung – Wer ist verantwortlich? Wie werden Daten in Echtzeit übertragen und verarbeitet?
> Bisher sind keine Standards definiert
> Wirkungsgrad wird mit Effizienzgewinn im Stromverbrauch sinken, und Smart Meter selbst verbrauchen Strom
Das Potenzial der Maßnahme zur Verteilernetzentlastung durch Lastverschiebung wird eher kritisch gesehen. Der positive Effekt einer besseren Datenverfügbarkeit über dezentrale Einspeisung und Verbrauch wäre jedoch ein großer Vorteil.
Die Wirkung "innovativer Maßnahmen" wird durch Wissenschaftler meist noch höher eingeschätzt – eine Quantifizierung
Fokus auf innovative Maßnahmen
Innovative MaßnahmenWirkung auf die Steigerung der PV-Aufnahme-fähigkeit eines Niederspannungsnetzes
Voraussichtlicher Verfügbarkeitszeitpunkt
182010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: SMA, BSW, Roland Berger Strategy Consultants
Dezentrale Speicher ("Peak Shaving")
+ 40-200%
Blindleistungsregelung durch den Wechseltrichter + 40-200%
Dynamische Spannungsregelungin der Ortsnetzstation
+ >100%
2014
2011
2018
Zusammenfassung: Die steigende Anbindung von PV-Anlagen an die Verteilernetze ist eine Herausforderung, die bewältigt werden kann
> Die Verteilernetze stellen keinen "Show-Stopper" für den Ausbau der Photovoltaik dar – allerdings sind für die steigende Anbindung von Photovoltaik-Anlagen an die Nieder- und Mittelspannungsnetze Ausbaumaßnahmen notwendig. Während in Zukunft kein "Netz-Kollaps" erwartet wird, bedeutet der Ausbau der installierten Photovoltaik Leistung auf die im Nationalen Aktionsplan für Erneuerbare Energien geplante 52 GW im Jahr 2020 jedoch eine Herausforderung für die Verteilernetze. Der ambitionierte Ausbauplan kann durch Netzausbaumaßnahmen,vor allem aber auch durch kostengünstige innovative Maßnahmen wie den blindleistungsregelungsfähigen Wechselrichter, bewältigt werden. Eine Quantifizierung der in Deutschland bis 2020 anfallenden Kosten für Netzoptimierung, –verstärkung und –ausbau ist nicht zuverlässig möglich, da die lokale Netzstruktur ausschlaggebend ist – der Ausbauzustand von Ortsnetzen variiert auf lokaler Ebene sehr stark.
> Die Einhaltung des Spannungsbandes ist die am häufigsten und zeitlich am frühesten auftretende Herausforderung, die mit der steigenden
192010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptxQuelle: Roland Berger Strategy Consultants
> Die Einhaltung des Spannungsbandes ist die am häufigsten und zeitlich am frühesten auftretende Herausforderung, die mit der steigenden Einspeisung durch Photovoltaik-Anlagen in Verbindung gebracht wird. 77% der befragten Verteilernetzbetreiber mit PV-Ballungsgebieten im Netzgebiet haben bereits wegen der Nichteinhaltung des Spannungsbandes reagiert. Eine deutlich untergeordnete Rolle spielt die Herausforderung der Betriebsmittelüberlastung. Zwar mussten 40% der Befragten schon Probleme in diesem Bereich beheben, jedoch handelt es sich um Einzelfälle
> Herausforderungen treten fast ausschließlich in ländlichen Gebieten auf. Für städtische Netze wurde in den meisten Fällen auch ein Ausbau entlang des Nationalen Aktionsplans für Erneuerbare Energien (52 GW im Jahr 2020) als umsetzbar gesehen; vereinzelt müssten aber – bei einer lokalen Konzentration von Photovoltaik-Anlagen – auch an städtischen Verteilernetzen zur Realisierung dieses Entwicklungspfads Maßnahmen ergriffen werden
> Während heute noch "klassische Netzausbaumaßnahmen" (vor allem Leiterverstärkung und -ausbau, leistungsstärkere und weitere Transformatoren) angewandt werden, können diese in Zukunft zu großen Anteilen durch günstigere und weniger aufwändige "innovative Maßnahmen" ersetzt werden – vor allem der Einsatz der dynamischen Spannungsregelung in der Ortsnetzstation und des blindleistungsregelungsfähigen Wechselrichters sind vielversprechend. Durch diese Maßnahmen kann die Photovoltaik-Aufnahmefähigkeit von Niederspannungsnetzen bis zu verdreifacht werden – je nach Beschaffenheit des Netzes
Wenn Sie Rückfragen und Anregungen haben, stehen wir Ihnen gerne weiterhin zur Verfügung – Ihre Ansprechpartner
Torsten Henzelmann
PARTNER
Tel.: +49 89 9230 - 8185Mobil: +49 160 7448185
Jochen Schönfelder
PRINCIPAL
Tel.: +49 211 4389 - 2184Mobil: +49 160 7443482Email: [email protected]
202010-10-19_RB-Studie_Zusfassg-Ergebnisse_v08.pptx
PhilippHattrup
Projekt Manager
Mobil: +49 160 7448185Email: [email protected]
Philipp Hattrup
PROJEKT MANAGER
Tel: +49 30 39927 - 3538Mobil: +49 160 7443 - 538Email: [email protected]
PhilippHattrup
Projekt Manager
Mobil: +49 160 7443482Email: [email protected]
Caroline Peters
SENIORBERATERIN
Tel: +49 30 39927 – 3581Mobil: +49 160 7443581 Email: [email protected]