Anforderungen und Herausforderungen an das Übertragungsnetz der Zukunft - Recherechen und modellbasierte Analysen

Abstract

Die Diplomarbeit Anforderungen und Herausforderungen an das Übertragungsnetz der Zukunft - Recherchen und modellbasierte Analysen besteht aus zwei Teilen. Den ersten Teil bilden Recherchen über die Thematik und der zweite Teil behandelt die Erstellung eines Modells des österreichischen Übertragungsnetzes.<br />Der Rechercheteil beginnt mit der zukünftigen Entwicklung des Stromverbrauchs in Österreich. Aus den zahlreichen Prognosen und Szenarien zu diesem Thema werden die Ergebnisse des Österreichischen Ökostromgesetzes von 2012 und die Szenarien aus dem Scenario Outlook and Adequacy Forecast der ENTSO-E, dem Verband der europäischen Übertragungsnetzbetreiber, vorgestellt. Im Anschluss wird der damit notwendige Ausbau an Erzeugungskapazitäten behandelt. Aufgrund dieser erwarteten Entwicklungen müssen die Übertragungsnetze in Österreich und ganz Europa angepasst werden. Solche Ausbaupläne werden sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene definiert. Für deren Umsetzung sind Übertragungsnetzbetreiber, im Fall von Österreich die Austrian Power Grid AG, verantwortlich. Als Abschluss der Recherchen werden noch grundlegende Überlegungen im Zusammenhang mit dem Ausbau von erneuerbaren Energien und den damit verbundenen Netzverstärkungen angestellt. Zu diesem Zweck wird die European Wind Integration Study, die DENA (Deutsche Energie Agentur) Netzstudie II und die VDE Studie Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke vorgestellt. Um verschiedene Netzzustände zu untersuchen wurde ein detailgetreues Modell des österreichischen Übertragungsnetzes erstellt. Grundlage für dieses Modell bildet die auf der ENTSO-E Website verfügbare Netzkarte von Europa. Aufgrund der Einbettung in diese Verbundnetz beinhaltet das Modell auch Knotenpunkte rund um Österreich. Dadurch können mit Ersatzeinspeisungen und Ersatzlasten im Ausland, Transferleistungen mit den Nachbarländern modelliert werden. Da keine exakten Daten über die in der Realität eingesetzten Netzelemente verfügbar sind, wurden die Betriebsmittelparameter frei angenommen. Das hat zur Folge, dass mit dem Netz nur qualitative Analysen angestellt werden können.<br />Die Grundlage aller Untersuchungen mit dem Modellnetz bildet ein erstellter Basislastfluss, welcher sich aus Erzeugungs- und Verbrauchs-Datensätzen der APG und E-Control ableitet. Darauf aufbauend wird die Lastsituation nach dem ENTSO-E Szenario EU2020 modelliert. Um den erhöhten Bedarf zu decken werden verschiedene Fälle von dargebotsgesteuerter Erzeugung in Österreich und Deutschland angenommen.<br />Die so entstandenen Netzsituationen werden mittels Lastflussanalysen untersucht und auftretende Netzengpässe identifiziert. Daraus leiteten sich die Anforderungen an das Übertragungsnetz der Zukunft ab.<br />

The diploma thesis Anforderungen und Herausforderungen an das Übertragungsnetz der Zukunft - Recherchen und modellbasierte Analysen comprises two parts. In the first section investigations on the theory are summerized, the second section presents the preparation of a model of the austrian transmission system.<br />Investigations start with the expected future development of electrical energy consumption in Austria. Numerous prognoses and scenarios are reviewed, featuring the austrian Ökostromgesetz 2012 and the Scenario Outlook and Adequacy Forecast as published by the European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E). Based on that the resulting needs for production capacity increases are analysed.<br />According to these developments the transmission systems of Austria and whole Europe have to be adapted. The national as well as international development plans are defined. For their realization the transmission system operators (TSOs) are responsible, in Austria represented by the Austrian Power Grid AG (APG). The investigations are rounded up by the presentation of fundamental considerations about the development of renewable energies and their associated network integration. Therefore the European Wind Integration Study, the DENA Netzstudie II and the VDE study Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke are reviewed.<br />In order to analyse various network situations, a detailed model of the austrian transmission system was created. The model is based on the european grid map available from the ENTSO-E. The model comprises not only austrian nodes, but far more includes nodes around Austria to embedd the national grid into the european transmission system. By the implementation of equivalent energy feeds and loads abroad, power transfers can be modelled. As no exact data about the actually implemented network equipment is available, these parameter were reasonably assumed. Consequently, the modelled grid can only be used for qualitative analyses. The base of all grid investigations is represented by a basis loadflow situation, derived from generation and consumption data obtained from the APG and E-Control Austria websites. Building up on this, the load situation is modelled according the the ENTSO-E scenario EU2020. To cover the elevated demand on electrical energy, various generation states, represented by renewable energies in Austria and Germany are assumed. The so implemented network conditions were analysed by load flow analyses in order to identify arising bottlenecks. Out of this essential requirements of the transmission network system can be derived.