Die fortschreitende Energiewende in Deutschland führt auf Grund der fluktuierenden Energieerzeugung zu einem bidirektionalen Lastfluss. Daraus resultieren neue Anforderungen an die Verteilnetze. In dieser Arbeit wird die zentrale Frage nach möglichen Alternativen zum traditionellen Netzausbau genauer untersucht. Insbesondere geht es dabei um Netzentlastungsmaßnahmen, die auf Grund des erhöhten Aufkommens dezentraler Energieumwandlungsanlagen Anwendung finden können. Diese Alternativen können
Batterie-Speicher, regelbare Ortsnetztransformatoren sowie Abregelung von Energie aus Anlagen zur Erzeugung erneuerbaren Energien sein. Sie werden aus wirtschaftlicher Sicht analysiert und bewertet. Dazu wird als methodisches Hilfsmittel eine Lastflussrechnung mit Hilfe der Grenzkurvenanalyse durchgeführt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation und Zielsetzung
1.2 Stand der Forschung
1.3 Aufbau und Gliederung der Arbeit
2 Netzstruktur in Deutschland
3 Netzerweiterungen
3.1 Grenzkurvenanalyse
3.2 Lastzuwachs
3.3 Erhöhung der Rückeinspeiseleistung
4 Netzentlastungsmaßnahmen
4.1 konventionelle Betriebsmittel
4.2 Abregelung
4.3 Batterie-Speicher
5 Szenarien
5.1 Zu treffende Annahmen
5.2 Aufstellung der Szenarien
5.2.1 Szenario 1: Ländliches NS-Netz
5.2.2 Szenario 2: Städtisches NS-Netz
5.2.3 Szenario 3: Ländliches MS-Netz
5.2.4 Szenario 4: Städtisches MS-Netz
6 Sensitivitätsanalyse
7 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Wirtschaftlichkeit von Alternativen zum konventionellen Netzausbau (wie Abregelung, Batterie-Speicher und regelbare Ortsnetztransformatoren) im Kontext einer zunehmenden Einspeisung durch dezentrale Energieumwandlungsanlagen (DEZ) in deutschen Mittel- und Niederspannungsnetzen. Die Forschungsfrage fokussiert dabei auf die vergleichende Kostenbetrachtung verschiedener Entlastungsmaßnahmen in definierten ländlichen und städtischen Szenarien.
- Analyse der Netzstruktur und bidirektionaler Lastflüsse durch dezentrale Einspeisung.
- Methodische Anwendung der Grenzkurvenanalyse zur Bestimmung von Netzkapazitäten.
- Wirtschaftliche Bewertung von Abregelung vs. Netzausbau vs. Batteriespeicher.
- Durchführung einer Sensitivitätsanalyse zur Validierung der Ergebnisse bei variierenden Parametern.
Auszug aus dem Buch
3.1 Grenzkurvenanalyse
Als Analyseverfahren der regional betrachteten Verteilnetze dieser Arbeit dient eine Lastflussrechnung, die mit Hilfe der Grenzkurvenanalyse durchgeführt wird. Die folgenden dargestellten Funktionsverläufe sind mit dem von Prof. Dr.-Ing. C. Rehtanz und Dipl.-Ing. B. Gwisdorf entwickelten Grenzkurven-Analysetool ermittelt worden. Mit diesem Verfahren lassen sich Auswirkungen von Lasten und DEZ auf die thermische Betriebsmittelbelastung sowie die Anforderungen an das Spannungsband mit zusätzlicher Auswirkung auf das Verteilnetz bestimmen und bewerten. Die Leistungsfähigkeit einer Netzstruktur wird anhand von Grenzwerten für die maximale, zulässige übertragbare Leistung aufgestellt. Dabei werden sowohl thermische Grenzen der Betriebsmittel, als auch die Anforderung zur Haltung des Spannungsbandes berücksichtigt. Es können MS- und NS-Netzen gesondert analysiert und nach unterschiedlichen Vorgehensweisen untersucht werden.
In der NS-Ebene wird zunächst eine Umwandlung der realen Netztopologie in eine vereinfachte Struktur durchgeführt, wie es exemplarisch an einem Strahlennetz durchgeführt wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Herausforderungen der Energiewende für Verteilnetze ein und definiert das Ziel, Alternativen zum traditionellen Netzausbau zu analysieren.
2 Netzstruktur in Deutschland: Das Kapitel erläutert die gängigen Netzstrukturen, Planungsrichtlinien und Anforderungen, wie die (n-1)-Sicherheit und die Spannungshaltung gemäß DIN EN 50160.
3 Netzerweiterungen: Es wird das methodische Vorgehen mittels Grenzkurvenanalyse beschrieben sowie die Treiber für notwendige Netzverstärkungen, wie Lastzuwachs und zunehmende Rückeinspeisung durch DEZ, detailliert.
4 Netzentlastungsmaßnahmen: Dieses Kapitel stellt technische Ansätze zur Entlastung vor, darunter konventionelle Betriebsmittel (Kabel/rONS), Abregelung und Batterie-Speichersysteme inklusive ihrer Kostenstrukturen.
5 Szenarien: Hier werden vier spezifische Netz-Szenarien (ländlich/städtisch, NS/MS) aufgestellt und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit bei Anwendung der Entlastungsmaßnahmen untersucht.
6 Sensitivitätsanalyse: Dieser Abschnitt variiert Parameter wie Untersuchungszeiträume und den DEZ-Angriffsfaktor, um die Robustheit der wirtschaftlichen Ergebnisse zu prüfen.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Abschließend werden die zentralen Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zusammengefasst und Perspektiven für zukünftige Arbeiten aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Energiewende, Verteilnetz, Grenzkurvenanalyse, Abregelung, Batterie-Speicher, Netzstruktur, Lastfluss, Einspeisung, Netzausbau, Wirtschaftlichkeit, Dezentrale Energieumwandlungsanlagen, Mittelspannung, Niederspannung, Sensitivitätsanalyse, Spannungshaltung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Wirtschaftlichkeit alternativer Maßnahmen zur Entlastung von Mittel- und Niederspannungsverteilnetzen, die durch den Ausbau erneuerbarer Energien und bidirektionale Lastflüsse an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind Netzplanung, Szenarienentwicklung für ländliche und städtische Netze, der Vergleich zwischen Netzausbau und innovativen Konzepten wie Batteriespeichern oder Leistungsabregelung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, zu ermitteln, ob und unter welchen Bedingungen Abregelung oder Batteriespeicher wirtschaftlich sinnvollere Alternativen zum klassischen Netzausbau darstellen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt die Grenzkurvenanalyse (GKA) zur Lastflussberechnung, kombiniert mit einer szenarienbasierten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und anschließender Sensitivitätsanalyse.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert technische Maßnahmen, erstellt vier spezifische Netz-Szenarien, berechnet deren Kostenfunktionen und bewertet diese im Vergleich über einen Zeitraum von zwölf Jahren.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Energiewende, Grenzkurvenanalyse, Abregelung, Batterie-Speicher und Verteilnetzplanung am besten beschreiben.
Sind Batterien in allen Szenarien wirtschaftlich?
Nein, die Untersuchung zeigt, dass Batterie-Speicher aus aktueller Sicht in den meisten Fällen zu kostenintensiv sind, um gegenüber dem konventionellen Ausbau oder der Abregelung zu bestehen.
Welchen Einfluss hat die Netzart (ländlich/städtisch) auf das Ergebnis?
Ja, in ländlichen Gebieten ist die Abregelung oft eine wirtschaftliche Option, während in städtischen Gebieten mit hoher Lastdichte meist der konventionelle Netzausbau wirtschaftlicher ist.
Welche Rolle spielt die Spannungsebene?
Die Arbeit unterscheidet zwischen der MS- und der NS-Ebene, da sich die Kapazitätsanforderungen und die wirtschaftlichen Einsparpotenziale je nach Ebene und Energieeinspeisung signifikant unterscheiden.
- Quote paper
- Stefan Jütte (Author), 2014, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Einspeiseabregelung dezentraler Erzeugungsanlagen. Alternativen zum konventionellen Netzausbau, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/302174
