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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Netzplans für ein Stromnetz sowie ein duales Stromnetz.
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Nach dem Stand der Technik sind herkömmliche von den Energieversorgungsunternehmen errichtete (EVU-)Stromnetze bekannt, welche durch Kraftwerke versorgt werden. Die von den Kraftwerken eingespeiste Leistung ist plan- und steuerbar. EVU-Stromnetze sind im Hinblick auf eine Versorgung durch Kraftwerke so ausgelegt, dass sie eine höchstmögliche Netzstabilität und Versorgungszuverlässigkeit gewährleisten.
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In jüngerer Zeit werden in zunehmendem Maße regenerative Energieeinspeiseanlagen (REA) an die EVU-Stromnetze angeschlossen. Derartige REA liefern elektrische Leistung zufällig, insbesondere in Abhängigkeit der Wetterlage. Deren Leistungseinspeisung ist nicht immer nicht Sicherheit vorhersehbar. Mit dem Anschluss einer zunehmenden Anzahl von REA an das EVU-Stromnetz nimmt die Netzstabilität und Versorgungszuverlässigkeit ab.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Nachteil entgegenzuwirken. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Schaffung von REA umfassenden Stromnetzen mit verbesserter Netzstabilität und Versorgungszuverlässigkeit angegeben werden. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Angabe eines REA umfassenden Stromnetzes verbesserter Netzstabilität und Versorgungszuverlässigkeit. Abgesehen davon soll die Netzstabilität auch bei einer Erweiterung um REA gewährleistet bleiben. Das Stromnetz soll auch in diesem Fall robust und sicher beherrschbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 und 13.
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Nach Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Netzplans für ein Stromnetz vorgeschlagen, welches mehrere regenerative Energieeinspeiseanlagen (REA) und ein durch Kraftwerke über erste Einspeisestationen versorgtes herkömmliches EVU-Stromnetz umfasst, mit folgenden Schritten:
- a) Bestimmung der Grenzen des Netzplans in einem das Stromnetz wiedergebenden bestehenden Netzplan,
- b) Herstellen eines ausschließlich die REA wiedergebenden ersten Teilnetzplans mit folgenden Schritten:
- b1) Entfernen aus dem bestehenden Netz das EVU-Stromnetz und sämtliche erste Alt-Verbindungsleitungen (1), welche die REA mit dem EVU-Stromnetz und die REA untereinander verbinden,
- b2) Festlegen von Clustern (C) aus mehreren räumlich benachbarten REA,
- c) Herstellen eines ausschließlich das EVU-Stromnetz wiedergebenden zweiten Teilnetzplans mit folgenden Schritten:
- c1) Entfernen aus dem bestehenden Netzplan sämtlicher REA, der ersten Alt-Verbindungsleitungen sowie im EVU-Stromnetz zwischen den ersten Einspeisestationen (S1) vorgesehenen zweiten Alt-Verbindungsleitungen (3),
- c2) Schaffung erster Neu-Verbindungsleitungen (4) zwischen den ersten Einspeisestationen (S1) nach dem Greenfield-Verfahren,
- d) Überlagern des ersten und des zweiten Teilnetzplans unter Verwendung vorgegebener geografischer Referenzpunkte, und
- e) Schaffung zumindest einer zweiten Neu-Verbindungsleitung zwischen jedem der Cluster und dem mittels erster Neu-Verbindungsleitungen verbundenen EVU-Stromnetz.
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Herkömmliche Verfahren beschränken sich darauf, REA so an das EVU-Stromnetz anzubinden, dass dessen Stabilität so gut wie möglich erhalten bleibt. Angesehen davon wird nach dem Stand der Technik versucht, die Stabilität im Stromnetz mittels immer aufwändiger Steuerungs- und Regelungseinrichtungen aufrechtzuerhalten. Solche Steuerungs- und Regelungseinrichtungen erfordern die Übertragung von im Stromnetz mittels Messeinrichtungen gewonnenen Messwerten über Datenfernübertragungsleitungen sowie deren Auswertung über immer komplexere Computerprogramme. Der Steuerungs- und Regelungsaufwand nimmt mit zunehmender Anzahl an REA zu. Im Falle eines Ausfalls einzelner Komponenten der Steuerungs- und Regelungseinrichtungen kann die Netzstabilität nicht mehr gewährleistet werden.
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Die vorliegende Erfindung geht demgegenüber von der Erkenntnis aus, dass die nunmehr historisch gewachsene Kombination eines EVU-Stromnetzes mit daran angeschlossenen REA insbesondere bei einem Anschluss weiterer REA hinsichtlich der Gewährleistung der Netzstabilität ungeeignet und nicht mehr beherrschbar ist. Infolgedessen wird nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine vollständige Neuplanung des Stromnetzes mit den Schritten lit, a) bis e) vorgeschlagen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst in einem bestehenden Netzplan des Stromnetzes, welcher unter Verwendung eines Computers an einem Bildschirm projiziert sein kann, die Grenzen des herzustellenden Netzplans bestimmt Zu diesem Zweck kann ein entsprechend geeignetes Computerprogramm eingesetzt werden.
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Anschließend wird ein ausschließlich die REA wiedergebender erster Teilnetzplan hergestellt, indem zunächst aus dem bestehenden Netzplan das EVU-Stromnetz und sämtliche erste Alt-Verbindungsleitungen, welche die REA mit dem EVU-Stromnetz und die REA untereinander verbinden, entfernt werden. Das kann wiederum mittels eines Computerprogramms am Bildschirm erfolgen. Sodann werden Cluster aus mehreren räumlich benachbarten REA festgelegt. Auch die Clusterbildung kann unter Verwendung eines Computerprogramms erfolgen. Dabei können die Cluster automatisch z. B. auf der Grundlage vorgegebener Mindestabstände zwischen den einzelnen REA mittels eines Computers festgelegt werden.
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In einem weiteren Schritt wird ein ausschließlich das EVU-Stromnetz wiedergebender zweiter Teilnetzplan hergestellt. Zu diesem Zweck werden aus dem bestehenden Netzplan sämtliche REA, die ersten Alt-Verbindungsleitungen und sämtliche im EVU-Stromnetz zwischen den ersten Einspeisestationen vorgesehenen zweiten Alt-Verbindungsleitungen entfernt. Auch das kann unter Zuhilfenahme eines Computers erfolgen. Dann werden nach dem Greenfield-Verfahren erste Neu-Verbindungsleitungen zwischen den ersten Einspeisestationen geschaffen. Im Ergebnis ergibt sich ein nach dem Greenfield-Verfahren optimiertes EVU-Stromnetz. Auch die Durchführung der Optimierung des EVU-Stromnetzes nach dem Greenfield-Verfahren kann computergestützt unter Verwendung eines geeigneten Programms erfolgen.
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In einem weiteren Schritt werden sodann der erste und der zweite Teilnetzplan unter Verwendung vorgegebener geografischer Referenzpunkte überlagert. Auch das kann mittels eines Computerprogramms schnell und einfach vorgenommen werden.
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Nach einem weiteren Verfahrensschritt wird zumindest eine zweite Neu-Verbindungsleitung zwischen jedem der Cluster und dem mittels erster Neu-Verbindungsleitungen verbundenen EVU-Stromnetz geschaffen.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Netzplan gibt ein Stromnetz wieder, bei dem ein nach dem Greenfield-Verfahren optimiertes EVU-Stromnetz mit Clustern aus mehreren REA kombiniert ist. Das hat den Vorteil, dass das EVU-Stromnetz hinsichtlich seiner Ausfallsicherheit bzw. Redundanz von den Clustern entkoppelt wird. D. h. die Cluster können eine andere Ausfallsicherheit aufweisen als das EVU-Stromnetz. Ferner ist es möglich, die Cluster vom EVU-Stromnetz zu trennen. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geplantes Stromnetz zeichnet sich durch eine hohe Netzstabilität aus. Es kann beliebig um Cluster erweitert werden, ohne dass damit die Netzstabilität des Stromnetzes insgesamt herabgesetzt wird. Damit kann die Sicherheit der Versorgung elektrischer Energie wesentlich erhöht werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 11.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein duales Stromnetz beansprucht, welches nach dem vorgenannten Verfahren geplant und hergestellt worden ist. Das erfindungsgemäße duale Stromnetz umfasst
- (i) ein mittels Kraftwerken über ersten Einspeisestationen versorgtes EVU-Stromnetz, wobei die ersten Einspeisestationen mit nach dem Greenfield-Verfahren geplanten ersten Neu-Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, und
- (ii) zumindest einen Cluster aus mehreren REA, wobei der Cluster über zumindest eine zweite Neu-Verbindungsleitung mit dem EVU-Stromnetz verbunden ist.
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Der Cluster kann vorteilhafterweise mit einer Einrichtung zum Speichern von Energie verbunden sein.
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Hinsichtlich einer genaueren Beschreibung der Erfindung wird auf den als Anlage beigefügten Entwurf des Artikels ”Duale Netzplanung – Nachhaltige Netzanbindung regenerativer Energieeinspeiseanlagen” verwiesen.
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Anlage
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Netzanschluss von dezentraler Einspeisung
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Duale Netzplanung – Nachhaltige Netzanbindung regenerativer Energieeinspeiseanlagen
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Veranlassung
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Elektrische Energieversorgung gehört zur existentiellen Grundversorgung moderner zivilisierter Gesellschaften. Ein unkoordinierter Umgang mit der Netzinfrastruktur der Elektrizitätsversorgung birgt daher per se ein überaus ernstes Gefahrenpotential für die gesellschaftliche Ordnung. Großflächige und längerfristige Stromausfälle kommen aufgrund der großen Abhängigkeit nahezu aller kritischen Infrastrukturen einer nationalen Katastrophe gleich /1/.
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Elektrische Netzplanung ist Kerndisziplin der elektrischen Energieversorgung. Sie trägt seit Jahrzehnten maßgeblich zu der im weltweiten Vergleich zuverlässigsten Elektrizitätsversorgung in Deutschland bei. Nur eine strategische Netzplanung resultiert in langfristig wirtschaftlich und umweltverträglich betreibbare Netze. Dabei muss immer die Einfachheit, Klarheit und Robustheit der zum Einsatz kommenden technischen Systeme im Vordergrund stehen. Dies muss auch für zukünftige Netze gelten.
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Regenerative Energieeinspeiseanlagen (REA) wie Windkraft- oder Photovoltaikanlagen speisen ihre elektrische Energie zeitlich stochastisch ins Netz ein. Die gesicherte Leistung dieser Anlagen ist zu vernachlässigen. Die installierte Leistung von REA ist daher grundsätzlich von der installierten Leistung bedarfsgerecht regelbarer Kraftwerke zu unterscheiden. Konventionelle Kraftwerksanlagen sind durch REA an sich nicht zu ersetzen. Das regenerative Energiedargebot, wie beispielsweise das örtliche Windaufkommen, bestimmt den Aufstellungsort von REA und nicht die Übertragungsfähigkeit der Betriebsmittel vor Ort oder die Lastschwerpunkte. Daher ist der EEG-getriebene und unter hohem Zeitdruck stattfindende operative Anschluss von REA für die Netze kontraproduktiv. Die Netze verlieren dadurch zumindest mittel- bis langfristig ihr bisherig hohes Zuverlässigkeitsniveau, da trotz Einhaltung physikalischer Betriebsmittel-Grenzen sowie technischen Richtlinien die Netzstrukturen in Mitleidenschaft gezogen und dadurch suboptimal werden.
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Um einen echten gesamtsystemischen Mehrwert mit dem Anschluss von REA zu erreichen, muss der Zubau von REA ein integraler Bestandteil der strategischen Netzplanung sein. Zudem müssen neue Formen von Einspeisenetzen, die ein Zusammenfassen vieler REA zu einem Anschlusspunkt darstellen, geplant werden. Auch ist die installierte Leistung von REA netzplanerisch völlig anders zu bewerten als bei konventionellen Kraftwerken. Der Anschluss von REA an das elektrische Versorgungsnetz stellt daher die klassische Netzplanung vor neue Herausforderungen. Diesen muss durch die Fortentwicklung der bisherigen Planungsansätze begegnet werden.
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Netzplanungsansätze bisher
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Die bestehenden Netze sind meist unter den Prämissen Zuverlässigkeit, Reserve und Wirtschaftlichkeit geplant worden. Der primäre und ausschließliche Zweck bestehender Netze ist die zuverlässige und wirtschaftliche Versorgung der angeschlossenen Verbraucherlasten. Die Einspeisung der öffentlichen Netze erfolgt bisher überwiegend aus der Übertragungsnetzebene.
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Zur Erlangung eines geeigneten Planungsergebnisses müssen verschiedene Planungsschritte bzw. -phasen durchlaufen werden (Bild 1).
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Nach der Informationssammlung wird die Netzstruktur analysiert und Netzberechnungen zu den Last- und Kurzschlussverhältnissen durchgeführt sowie Betrachtungen zu Ausfallszenarien angestellt.
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Die Phase der Planung umfasst die Erarbeitung neuer Netzstrukturen, Anlagengestaltung, und Betriebsweisen sowie die Erstellung meist mehrerer Planungsvarianten. Die Bewertung und die Findung der optimalen Lösung erfolgt auf Basis der im Vorfeld formulierten Muss- und Wunschziele.
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Die kurzfristige Umsetzung von vorgeschlagenen Maßnahmen kann innerhalb von Monaten bis mehreren Jahren erfolgen, für einen langfristigen Masterplan zur Netzentwicklung können Zeiträume bis zu 20 Jahren vorgesehen sein.
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Es werden bisher zwei unterschiedliche Planungsansätze angewandt: operativ oder strategisch.
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Operative Netzplanungen verfolgen örtlich begrenzte und kurzfristige Netzausbau- oder Umgestaltungsmaßnahmen infolge zeitlich drängender Vorgaben Dritter. Aus einem klar und robust strukturierten Netz kann sich ein kompliziert und unübersichtliches Netzgebilde entwickeln. Die Versorgungszuverlässigkeit sinkt und das Netz wird langfristig unwirtschaftlich. Der Netzanschluss von REA wird derzeit häufig durch einen operativen Planungsansatz realisiert. Die Gründe hierfür sind hoher Zeitdruck der Betreiber und Investoren von REA sowie gesetzliche Vorgaben, die ein operatives Vorgehen erzwingen.
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Bild 2 zeigt beispielhaft, wie ein bestehend historisch gewachsenes Netz durch den operativ geplanten Anschluss von REA unter Einbußen an Versorgungszuverlässigkeit weiter verkompliziert wird. In absehbarer Zeit werden weitere Einzelmaßnahmen zur Netzertüchtigung zwingend notwendig und führen langfristig zur Unwirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.
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Strategische Netzplanung zielt auf einen strukturellen und ganzheitlichen Eingriff in das bestehende Netz unter Anwendung oder Beibehaltung von Standardnetzformen wie beispielsweise Ring- oder Strangnetze ab. Zudem ist sie auf mittel- und langfristige Planungsziele ausgerichtet. Planungsergebnis ist ein Ziel-Netz, das meist durch mehrere geplante Netzum-, Netzaus- oder Netzrückbauschritte über einen längeren Zeitraum aus dem bestehenden Netz erreicht wird (Masterplan). So lassen sich grundlegende und notwendige Netzstrukturverbesserungen umsetzen und an zukünftige Herausforderungen, wie beispielsweise den REA-Anschluss, anpassen.
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Bei umfangreichen Netzen mit historisch bedingt hohem Komplexitätsgrad und bei Netzaufbauten mit hoher Struktur-Divergenz zu Standardnetzformen wird die Methode der Greenfield-Planung eingesetzt. Diese Methode basiert auf dem strategischen Planungsansatz. Sie wird insbesondere zur Erlangung von Investitionssicherheit bei Netzumbaumaßnahmen mit erheblichem Investitionsbedarf eingesetzt /2/, /3/.
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Die Methode der Greenfield-Planung entwickelt ihr Ziel-Netz ausschließlich auf Basis der Laststationen, Umspannwerke (Einspeisungen) und zukünftigen Lastentwicklung. Bestehende Verbindungsleitungen werden zunächst nicht beachtet. Danach werden das Ist-Netz und Ziel-Netz hinsichtlich ihrer Struktur miteinander verglichen. Aus dem Vergleich ergeben sich die notwendigen Netzmaßnahmen z. B. von neuen Kabelverbindungen oder Wegfall von obsolet gewordenen Schaltanlagen etc.. Bestehende Betriebsmittel sind soweit möglich mit „kreativem Verstand” zu nutzen. Durch einen möglichen Betriebsmittelrückbau können erhebliche Ersatzmaßnahmen und Wartungskosten eingespart werden. Der optimale Einsatz hoher Investitionen für langlebige Betriebsmittel kann daher durch die Greenfield-Planung sichergestellt werden. Sie minimiert zudem die Wahrscheinlichkeit von Planungsfehler und Fehlinvestitionen bei der praktischen Umsetzung.
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Strategische Planungsansätze können jedoch nicht unmittelbar auf die Problematik des vermehrten Anschlusses von REA angewendet werden. REA dürfen in der klassischen Netzplanung nicht als Einspeisung behandelt werden, da sie nur stochastisch einspeisen können und somit keine gesicherte Leistung bereitstellen /4/, /5/. Von einer gesicherten Leistung darf in der Netzplanung nur bei Umspannwerken ausgegangen werden, die an das Übertragungs- bzw. überregionale Verteilnetz angeschlossen sind. Somit müssen REA, insbesondere bei einer hohen Einspeiseleistung, vielmehr eine eigene Netzebene im gesamten Energieversorgungssystem einnehmen.
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Eine im Auftrag des bayerischen Staatsministeriums für Umwelt und Verbraucherschutz (StMUV) durchgeführte Forschungsarbeit an der Universität Erlangen ergab, dass die geforderte hohe Versorgungszuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit für die EVU-Netze einerseits und der Zwang zu raschen sowie kostengünstigsten REA-Anschlüsse andererseits einen neuen Planungsansatz, genannt „Duale Netzplanung”, erfordert.
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Was ist Duale Netzplanung?
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Bei der dualen Netzplanung werden das EVU-Netz und das Einspeisenetz (REA-Netz) zunächst getrennt voneinander entsprechend ihrer individuellen Kriterien analysiert und strategisch geplant. Daran anschließend erfolgt die Anschluss- und Ausbauplanung.
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Somit kann zunächst das EVU-Netz optimal für den REA-Anschluss ertüchtigt, bestehende Reserven zum REA-Anschluss optimal nutzbar gemacht und, falls notwendig, neue geschaffen werden. Weiterhin können nur so die unterschiedlichen Kriterien und Vorgaben des EVU- und des REA-Netzes, wie z. B. der Versorgungszuverlässigkeit und Lebensdauer der Anlagen berücksichtigt werden. Bei reinen EVU-Netzen spielt das (n – 1)-Kriterium eine zentrale Rolle, da hierdurch die geforderte hohe Versorgungszuverlässigkeit gewährleistet werden kann. REA hingegen werden nach dem (n – 0)-Kriterium angeschlossen, d. h. im Störfall ist keine Einspeisung mehr möglich. Die erwartete Lebensdauer der Betriebsmittel im EVU-Netz liegt bei 40 bis 50 Jahren. Für die Lebensdauer von REA werden derzeit 20–25 Jahre angenommen.
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Die bestehenden EVU-Netze behalten so ihre bisherig hohe Zuverlässigkeit bei und der Anschluss der REA ist zielgerichtet und zudem auch langfristig wirtschaftlich. Zudem werden keine unverrückbaren Gesetze der Physik verletzt.
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Schritte der Dualen Netzplanung
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Der duale Planungsansatz umfasst folgende Arbeitsschritte (Bild 4).
- • REA-Netz
- • Analyse: Direkt-Anschluss bei Einzel-WKA
- • Planung des REA-Netzes bei mehreren WKA
- • EVU/REA-Anschluss- und Ausbauplanung
- • Planung des Anschlusses der EVU- und REA-Netze (Netzanschlusspunkte)
- • Planung von Ausbaumaßnahmen für das Gesamtnetz, falls erforderlich
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Die Analysen und Planungen werden durch Modellierung von REA und Netzberechnungen begleitet und verifiziert.
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Zunächst werden die bestehenden EVU-Netze betrachtet. Dies erfolgt ohne die Berücksichtigung der neu anzuschließenden REA.
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Die Analyse des bestehenden EVU-Netzes (Ist-Netz) besteht aus drei Teilen, allgemeine Netzanalyse, Planung von Sofortmaßnahmen falls sich Engpässe ergeben sowie REA-Modellierung und Netzberechnungen zur Verifizierung der Ergebnisse. Außerdem wird im Rahmen der Analyse überprüft, ob der Aufbau der Netze den Standardnetzformen Ring- und Strangnetz entspricht.
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Für die Behebung von Engpässen sind Netzertüchtigungsmaßnahmen zu planen. Diese sind möglichst im Einklang mit dem späteren Ziel-Netz und Langzeitplanung festzulegen.
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Stellen sich Schwachstellen größeren Ausmaßes heraus bzw. handelt es sich um ein historisch gewachsenes Netz, wird im Rahmen einer strategischen Planung ein Ziel-Netz erstellt. So wird das Netz mit Hilfe der Methode der Greenfield-Planung auf einfache und klare Netzstrukturen zurückgeführt und mit entsprechenden Reserven für die Zukunft, u. a. für den REA-Anschluss, ausgestattet. Diese Methode bildet auch eine geeignete Basis für die Durchführung von operativen Planungen /6/.
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Es folgt die Planung der REA-Einspeisenetze und die EVU/REA-Anschluss- und Ausbauplanung.
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Planung der REA-Einspeisenetze
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Die Planung der REA-Einspeisenetze erfordert eine umfassende Betrachtung der geographischen Lage einzelner REA-Gebiete, um geeignete Einspeisenetze zu formen und später in das EVU-Netz einzubinden. Die Festlegung dieser Gebiete geschieht sowohl durch kommunale Planung als auch Regionalplanung, die bestimmte Flächen dafür ausweist. Diese Flächen müssen in einem lageorientierten Plan zusammen mit dem Energieversorgungsnetz in Relation gesetzt werden. Dabei sind auch Ausbaustufen der REA-Gebiete notwendig, um auch eine längerfristig gültige Planung zu realisieren.
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Zur Planung der REA-Einspeisenetze sind allen voran die Standorte und die installierte Leistung der jeweiligen REA festzulegen. Sind keine genauen Angaben darüber vorhanden, muss aufgrund vorliegender Anträge auf REA-Anschluss und möglichen Freiflächen, die für die Nutzung regenerativer Energieformen vorgesehen sind, der Standort und die installierte Leistung ermittelt werden. Nach Festlegung der REA-Gebiete und der installierten Leistungen, folgt der Zusammenschluss geographisch nahe gelegener REA-Gebiete zu sogenannten Clustern. Die Größe dieser Cluster hängt in erster Linie von der geographischen Lage der Anlagen ab (Bild 5).
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Im nächsten Schritt müssen die erwarteten Einspeiseleistungen für die jeweiligen Cluster festgelegt werden.
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Daraus folgt, dass je nach installierter Leistung der Einspeisung verschiedene Möglichkeiten bestehen einen Netzanschluss zu planen. Das Ziel muss aber immer sein, möglichst viele einzelne Anlagen zu einem großen REA-Einspeisenetz zusammenzuschließen. Dabei können folgende Planungskriterien in Betracht gezogen werden:
- • Einspeiseleistung kleiner als 5 MW sollte der direkte Anschluss an das Energieversorgungsnetz geprüft werden. Falls das EVU-Ziel-Netz die entsprechenden Reserven an dieser Stelle besitzt, ist der Netzanschluss dort zu planen.
- • Einspeiseleistung kleiner als 25 MW wird ein Netzanschluss an eines der nahe gelegenen HS/MS-Umspannwerke nötig, dazu muss ein REA-Einspeisenetz geplant werden.
- • Einspeiseleistungen größer 25 MW erfordern die Planung eines Einspeisenetzes sowie die Errichtung eines HS/MS-Umspannwerkes, um in das überlagerte Hochspannungsnetz einspeisen zu können.
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EVU/REA-Anschluss- und Ausbauplanung
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Nach der voneinander unabhängigen Planung des EVU-Ziel-Netzes und REA-Einspeisenetzes werden diese im Rahmen eines weiteren Planungsschrittes miteinander verbunden. Falls die zu übertragende Gesamtleistung von dem bisher geplanten EVU-Ziel-Netz nicht übertragen werden kann, müssen für dieses Ausbauplanungen durchgeführt werden.
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Die Erfahrung zeigt, dass bei der EVU/REA-Anschlussplanung der örtlich nächste Anschlusspunkt nicht zwangsläufig auch der wirtschaftlichste Punkt ist, da alle Ausbaustufen und die zukünftige Entwicklung mitberücksichtigt werden müssen.
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Es werden die bereits vorhandenen Netzknotenpunkte (z. B. Schaltanlagen, Umspannwerke usw.) als mögliche Anschlusspunkte betrachtet. Es folgt dann die Analyse des EVU-Netzes hinsichtlich der Übertragungsfähigkeit und Versorgungsqualität. Bei einer Summenleistung kleiner 25 MW sollte zuerst ein Anschluss an eines der bestehenden Umspannwerke der Mittelspannungsebene erfolgen (Untersuchung der Belastungsgrenze notwendig). Falls die vorhandenen Schaltanlagen und/oder Umspannwerke über keine Reserven mehr verfügen, sollte überprüft werden, ob ein größerer Zusammenschluss mit einem weiteren Gebiet möglich ist, um ein neues HS/MS-Umspannwerk zu planen.
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Bei einer Einspeiseleistung größer 25 MW ist in der Regel ein neues HS/MS-Umspannwerk vorzusehen. Dieses sollte möglichst im zukünftigen Zentrum der Einspeiseanlagen stehen, um kurze Wege von den Einzelanlagen hin zum Umspannwerk zu gewährleisten. Im Bild 6 werden zunächst beispielhaft die beiden Netze getrennt dargestellt. Die gemeinsame überlappende Darstellung der beiden Netze zeigt, dass in diesem Fall aufgrund der erzeugten Leistung, kein Anschluss an das MS-Netz des EVU möglich ist. Die Zusammenführung der Netze erfordert somit die Betrachtung und Planung des überlagerten 110-kV-Netzes.
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Im Idealfall verläuft eine Hochspannungstrasse nahe dem neu geplanten HS/MS-Umspannwerk vorbei und ein direkter Anschluss an dieses ist möglich. Dabei kann es auch sinnvoll sein, das Umspannwerk etwas in Richtung Hochspannungstrasse zu verlegen. Die Entfernung des Umspannwerkes von der Hochspannungstrasse, die als Kabelverbindung ausgeführt wird, wird planerisch festgelegt. Eine weitere Alternative ist, falls keine Hochspannungstrasse in der Nähe ist, eine Hochspannungsverbindung zum nächsten bestehenden Umspannwerk zu realisieren.
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EVU/REA-Ausbauplanung
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Die installierte Leistung von REA kann den örtlichen Leistungsbedarf um ein Vielfaches übersteigen und muss über Hoch- und Höchstspannungsleitungen abtransportiert werden können. Für die Analyse und Planung der Hoch- und Höchstspannungsnetze sind unterschiedliche Planungskriterien zu berücksichtigen:
- • die Hoch- und Höchstspannungsnetze der EVU sind nach (n – 1)-Kriterium zu gestalten
- • die Hoch- und Höchstspannungsleitungen für REA-Netze sind nach (n – 0)-Kriterium zu planen
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Für die Veranschaulichung der genannten unterschiedlichen Netzplanungskriterien wurden in Bild 7 folgende Netze dargestellt:
- • Das obere Bild zeigt das EVU-Ziel-Netz und das REA-Anschlussnetz
- • Das untere Bild zeigt das geplante 110-kV-Netz (HS-Netz) für die Versorgung der HS/MS-Umspannwerke des EVU-Netzes und der HS/MS-Einspeisestationen REA
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Das geplante 110-kV-Netz (linkes unteres Bild) erfüllt:
- • das (n – 1)-Kriterium, weil für die Versorgung der HS/MS-Umspannwerke ein 110-kV-Ring vorgesehen wurde
- • das (n – 0)-Kriterium, weil für den Anschluss der HS/MS-Einspeisestationen REA 110-kV-Stiche vorgesehen wurden
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Die erzeugte hohe REA-Leistung erfordert in diesem Beispiel den Ausbau des 110-kV-Netzes des EVU. Für die notwendige Verstärkung wurde die Verdoppelung des 110-kV-Ringes geplant.
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Das gesamte System, bestehend aus den MS-Netzen EVU und REA sowie dem HS-Netz, ist in der Bild 7 rechts dargestellt.
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In der Praxis können extrem hohe installierte REA-Leistungen, bei Windkraftanlagen von bis zu 1000 MW, vorgegeben sein. Der Anschluss dieser erfordert, wie bereits vorgestellt, Standortwahl für HS/MS-Umspannwerke, Mittelspannungs-Netzplanungen für die WKA-Parks und Hochspannungs-Netzplanungen. Außerdem sind die Übertragungsfähigkeit der benachbarten relevanten Hochspannungsnetze zu analysieren und falls erforderlich, die notwendigen Höchstspannung/Hochspannung-Umspannwerke zu planen. Gegebenenfalls ist auch das überlagerte Höchstspannungsnetz mit in die Betrachtung einzubeziehen.
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Zusammenfassung
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Der duale Planungsansatz ist in der Lage die Konfliktsituation aus hoher geforderter Versorgungszuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit für die EVU-Netze einerseits und dem Zwang eines raschen sowie kostengünstigsten REA-Anschlüsse andererseits aufzulösen. Der Kern dieses Ansatzes besteht einmal in der strukturellen Ertüchtigung des EVU-Netzes unabhängig vom REA-Anschluss und der Berücksichtigung der unterschiedlichen Randbedingungen für EVU- und REA-Netz. Dieser neue Planungsansatz wurde bereits in einem praktischen Feldversuch erfolgreich angewendet und hat daher Pilotfunktion für andere Regionen. Generell muss der REA-Anschluss integraler Bestandteil der strategischen Netzplanung sein und den Zeiträumen des Netzausbaus angepasst sein.
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Die im anliegenden Entwurf in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen finden sich in den Patentansprüchen wieder.
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Referenzen
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- /1/ Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung des Deutschen Bundestages, Drucksache 17/5672, 2011
- /2/ E. Petrossian, Th. Connor, E. Oehler und S. Scherer, Greenfield-Planung eines Versorgungsnetze, „ew" Heft 8/2005, 2005
- /3/ A. Rottonara und E. Petrossian, II progetto Greenfield di Siemens, AETI, Milano 2006
- /4/ J. Jäger, Wenn der Strom nicht aus der Steckdose kommt – Folgen, Ursachen und vorbeugende Maßnahmen, Fachzeitschrift Uni-Kurier der Universität Erlangen-Nürnberg, 2006
- /5/ J. Jäger, J. Fuchs und K. Schuster, Windenergie – zwischen Ertragsoptimierung und Versorgungssicherheit, ew-Magazin für die Energiewirtschaft H. 25–26, 2008
- /6/ E. Petrossian, C. Böse, E. Öhler und A. Rottonara, EVERDAY DECISIONS CONCERNING NETWORK DEVELOPMENT CAN BE OPTIMIZED, 19th International Conference and Exhibition on ELECTRICITY DISTRIBUTION, Wien 2007
Autoren:
Dipl.-Ing. Christian Romeis, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme der Universität Erlangen christian.romeis@fau.de
Dipl.-Ing. Edmond Petrossian, wissenschaftlicher Berater am Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme der Universität Erlangen e-petrossian@t-online.de
Prof. Dr.-Ing. Johann Jäger, Leiter der Forschungsgruppe Netzplanung am Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme der Universität Erlangen johann.jaeger@fau.de
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Alt-Verbindungsleitung
- 2
- regenerative Energieeinspeiseanlage (REA)
- 3
- zweite Alt-Verbindungsleitung
- 4
- erste Neu-Verbindungsleitung
- 5
- zweite Neu-Verbindungsleitung
- 6
- dritte Neu-Verbindungsleitung
- 7
- vierte Neu-Verbindungsleitung
- 8
- fünfte Neu-Verbindungsleitung
- C
- Cluster
- N1
- bestehender Netzplan
- N2
- zweiter Teilnetzplan
- N3
- erster Teilnetzplan
- N4
- Netzplan
- S1
- erste Einspeisestation
- S2
- zweite Einspeisestation
