Title:
de
Citation:
Köhler, H. A. (2010). Analyse und Prognose der Leistungsbilanzen für den Stromaustausch ausgewählter europäischer Länder [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/161590
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Publication Type:
Thesis - Diploma Thesis
en
Hochschulschrift - Diplomarbeit
de
Language:
German
-
Organisational Unit:
E373 - Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft
-
Date (published):
2010
-
Number of Pages:
133
-
Keywords:
Europa; Übertragungsnetz; Stromaustausch; Leistungsbilanzen; Prognose
de
Europe; transmission grid; electricity exchange; power balances; prognosis
en
Abstract:
Das Funktionieren unseres heutigen Wirtschafts- und Gesellschaftssystems ist untrennbar mit einer sicheren, zuverlässigen und zu wirtschaftlichen Bedingungen verfügbaren Stromversorgung verbunden, deren Rückgrat die Übertragungsnetze bilden.
Netzinfrastruktureinrichtungen, wie Leitungen und Hochspannungsanlagen in Umspannwerken, weisen große Lebensdauern auf und sind mit hohen Investitionskosten verbunden. Eine der zentralen Aufgaben der Übertragungsnetz-planung ist es daher die zukünftigen Anforderungen an das Übertragungsnetz bestmöglich zu prognostizieren und die Netzinfrastruktur vorausschauend und nachhaltig zu planen. Als wesentliche Rahmenbedingung im nunmehr liberalisierten Strommarkt ist dabei zu berücksichtigen, dass die zentraleuropäischen nationalen Übertragungsnetze synchron zusammengeschaltet betrieben werden (ENTSO-E-Netz) und die Basis des integrierten paneuropäischen Strommarktes darstellen. Das Übertragungsnetz der VERBUND-Austrian Power Grid AG (kurz APG) liegt zentral eingebettet in diesem paneuropäischen Übertragungsnetzverbund. Neben den Entwicklungen der nationalen Elektrizitätswirtschaft, haben die strukturellen Veränderungen der energiewirtschaftlichen Systeme von Österreichs Nachbarstaaten, sowie jene der großen Stromexporteure und -importeure, maß-gebliche Rückwirkungen auf die Belastung der österreichischen Übertragungsnetzinfrastruktur.
Nach einer Phase des stagnierenden Kraftwerksausbaus in Europa zu Beginn der Liberalisierung gingen die Überkapazitäten der Stromerzeugung zurück. Zudem nähern sich viele Kraftwerke dem Ende ihrer Lebensdauer.
Durch veränderte Rahmenbedingungen und neue energiepolitische Zielsetzungen (z. B. 20-20-20-Ziele der EU) unterliegen die Kraftwerksparks in Europa nun einer dynamischen Wandlung. Insbesondere auf dem Sektor der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern, vor allem der Windenergie, wird ein enormer Ausbau erwartet. Zudem bilden die stetigen Verbrauchszunahmen und der marktpreisbestimmte Kraftwerkseinsatz weitere Herausforderungen. Im Zusammenhang mit der Zielsetzung der weiteren Integration des europäischen Strommarktes und der damit einhergehenden Förderung des Ländergrenzen überschreitenden Wettbewerbs, sind maßgebliche Veränderungen der Import- und Exportbilanzen der europäischen Länder zu erwarten.
Um die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf den zukünftigen Stromaustausch zu evaluieren, wurde als Kern dieser Arbeit ein Modell zur Prognose des zukünftigen Stromaustausches - basierend auf einem Normierungsansatz mit dynamischer Normierungsbasis - entwickelt.
Untersucht wurden die Regelzone APG und die Regelblöcke Schweiz, DE+ , FEP , Italien, CENTREL und SHB. Der Prognosezeitraum erstreckt sich bis ins Jahr 2030, wobei die Ergebnisse in Fünfjahresschritten zur Verfügung gestellt werden. Der Fokus der Analysen wurde nicht auf volkswirtschaftliche oder betriebswirtschaftliche Gesichtspunkte gelegt, sondern auf die Ermittlung der Grenzen der Leistungsbänder innerhalb derer der Stromaustausch gemäß den Modellrechnungen zukünftig zu erwarten ist. Vornehmlich diese Grenzen (hohe Export- bzw.
Importleistungen) sind für die Belastung der Netzinfrastruktur bzw. die Definition erforderlicher Ausbaumaßnahmen maßgeblich und daher im Rahmen der Übertragungsnetzplanung von zentraler Bedeutung.
Basierend auf jeweils zwei Szenarien betreffend die zukünftige Entwicklung der Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen der einzelnen Länder, wurden anhand des entwickelten Modells Prognoserechnungen über den zukünftigen Stromaustausch angestellt. Die Analyse der Ergebnisse zeigt die Auswirkungen unterschiedlicher Einflüsse auf die Leistungsmaxima der Exporte und Importe, sowie auf die Leistungsbandbreiten entsprechend den verschiedenen Szenarioannahmen.
Zusammenfassend konnten für die untersuchten Regelbereiche deutliche Rückwirkungen der veränderten Rahmenbedingungen und der daraus resultierenden Änderungen der strukturellen Zusammensetzungen der Regelbereiche auf den Stromaustausch festgestellt werden. Die meisten Regelblöcke sind von steigenden Leistungsbandbreiten des Stromaustausches gekennzeichnet, wodurch sich maßgeblich höhere Belastungen der Übertragungsnetzinfrastruktur ergeben werden. Deutlich höhere Exporte sind zukünftig von den Regelblöcken FEP und DE+ zur erwarten. Durch Italien und SHB werden die größten Importe weiterhin im Süden Kontinentaleuropas angesiedelt sein. Jedoch ist auch für den Block CENTREL eine potentielle Importabhängigkeit erkennbar. Dies ist insbesondere für die zentral gelegenen Regelblöcke APG und Schweiz von maßgeblicher Bedeutung, da deren Netzinfrastrukturen zukünftig sowohl durch die stark steigende Bandbreite der eigenen Importe bzw. Exporte, als auch durch die überlagerten paneuropäischen Stromflüsse belastet werden.
Um auch in Zukunft einen sicheren Netzbetrieb gewährleisten zu können und den Anforderungen des paneuropäischen Strommarktes hinsichtlich Transportkapazität gerecht zu werden, muss die Übertragungsebene entsprechend dimensioniert sein bzw. werden. Die vorliegenden Ergebnisse über die zukünftige Entwicklung des Stromaustausches werden bei der Szenariendefinition für Lastflussanalysen im Rahmen der Netzplanung bei APG praktische Anwendung finden. Konkrete Anwendungsfälle werden die Lastflussuntersuchungen zu den acht Masterplanprojekten der APG sein, deren Umsetzung von besonderer Bedeutung für die Versorgungssicherheit in Österreich ist.
Netzinfrastruktureinrichtungen, wie Leitungen und Hochspannungsanlagen in Umspannwerken, weisen große Lebensdauern auf und sind mit hohen Investitionskosten verbunden. Eine der zentralen Aufgaben der Übertragungsnetz-planung ist es daher die zukünftigen Anforderungen an das Übertragungsnetz bestmöglich zu prognostizieren und die Netzinfrastruktur vorausschauend und nachhaltig zu planen. Als wesentliche Rahmenbedingung im nunmehr liberalisierten Strommarkt ist dabei zu berücksichtigen, dass die zentraleuropäischen nationalen Übertragungsnetze synchron zusammengeschaltet betrieben werden (ENTSO-E-Netz) und die Basis des integrierten paneuropäischen Strommarktes darstellen. Das Übertragungsnetz der VERBUND-Austrian Power Grid AG (kurz APG) liegt zentral eingebettet in diesem paneuropäischen Übertragungsnetzverbund. Neben den Entwicklungen der nationalen Elektrizitätswirtschaft, haben die strukturellen Veränderungen der energiewirtschaftlichen Systeme von Österreichs Nachbarstaaten, sowie jene der großen Stromexporteure und -importeure, maß-gebliche Rückwirkungen auf die Belastung der österreichischen Übertragungsnetzinfrastruktur.
Nach einer Phase des stagnierenden Kraftwerksausbaus in Europa zu Beginn der Liberalisierung gingen die Überkapazitäten der Stromerzeugung zurück. Zudem nähern sich viele Kraftwerke dem Ende ihrer Lebensdauer.
Durch veränderte Rahmenbedingungen und neue energiepolitische Zielsetzungen (z. B. 20-20-20-Ziele der EU) unterliegen die Kraftwerksparks in Europa nun einer dynamischen Wandlung. Insbesondere auf dem Sektor der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern, vor allem der Windenergie, wird ein enormer Ausbau erwartet. Zudem bilden die stetigen Verbrauchszunahmen und der marktpreisbestimmte Kraftwerkseinsatz weitere Herausforderungen. Im Zusammenhang mit der Zielsetzung der weiteren Integration des europäischen Strommarktes und der damit einhergehenden Förderung des Ländergrenzen überschreitenden Wettbewerbs, sind maßgebliche Veränderungen der Import- und Exportbilanzen der europäischen Länder zu erwarten.
Um die Auswirkungen dieser Entwicklungen auf den zukünftigen Stromaustausch zu evaluieren, wurde als Kern dieser Arbeit ein Modell zur Prognose des zukünftigen Stromaustausches - basierend auf einem Normierungsansatz mit dynamischer Normierungsbasis - entwickelt.
Untersucht wurden die Regelzone APG und die Regelblöcke Schweiz, DE+ , FEP , Italien, CENTREL und SHB. Der Prognosezeitraum erstreckt sich bis ins Jahr 2030, wobei die Ergebnisse in Fünfjahresschritten zur Verfügung gestellt werden. Der Fokus der Analysen wurde nicht auf volkswirtschaftliche oder betriebswirtschaftliche Gesichtspunkte gelegt, sondern auf die Ermittlung der Grenzen der Leistungsbänder innerhalb derer der Stromaustausch gemäß den Modellrechnungen zukünftig zu erwarten ist. Vornehmlich diese Grenzen (hohe Export- bzw.
Importleistungen) sind für die Belastung der Netzinfrastruktur bzw. die Definition erforderlicher Ausbaumaßnahmen maßgeblich und daher im Rahmen der Übertragungsnetzplanung von zentraler Bedeutung.
Basierend auf jeweils zwei Szenarien betreffend die zukünftige Entwicklung der Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen der einzelnen Länder, wurden anhand des entwickelten Modells Prognoserechnungen über den zukünftigen Stromaustausch angestellt. Die Analyse der Ergebnisse zeigt die Auswirkungen unterschiedlicher Einflüsse auf die Leistungsmaxima der Exporte und Importe, sowie auf die Leistungsbandbreiten entsprechend den verschiedenen Szenarioannahmen.
Zusammenfassend konnten für die untersuchten Regelbereiche deutliche Rückwirkungen der veränderten Rahmenbedingungen und der daraus resultierenden Änderungen der strukturellen Zusammensetzungen der Regelbereiche auf den Stromaustausch festgestellt werden. Die meisten Regelblöcke sind von steigenden Leistungsbandbreiten des Stromaustausches gekennzeichnet, wodurch sich maßgeblich höhere Belastungen der Übertragungsnetzinfrastruktur ergeben werden. Deutlich höhere Exporte sind zukünftig von den Regelblöcken FEP und DE+ zur erwarten. Durch Italien und SHB werden die größten Importe weiterhin im Süden Kontinentaleuropas angesiedelt sein. Jedoch ist auch für den Block CENTREL eine potentielle Importabhängigkeit erkennbar. Dies ist insbesondere für die zentral gelegenen Regelblöcke APG und Schweiz von maßgeblicher Bedeutung, da deren Netzinfrastrukturen zukünftig sowohl durch die stark steigende Bandbreite der eigenen Importe bzw. Exporte, als auch durch die überlagerten paneuropäischen Stromflüsse belastet werden.
Um auch in Zukunft einen sicheren Netzbetrieb gewährleisten zu können und den Anforderungen des paneuropäischen Strommarktes hinsichtlich Transportkapazität gerecht zu werden, muss die Übertragungsebene entsprechend dimensioniert sein bzw. werden. Die vorliegenden Ergebnisse über die zukünftige Entwicklung des Stromaustausches werden bei der Szenariendefinition für Lastflussanalysen im Rahmen der Netzplanung bei APG praktische Anwendung finden. Konkrete Anwendungsfälle werden die Lastflussuntersuchungen zu den acht Masterplanprojekten der APG sein, deren Umsetzung von besonderer Bedeutung für die Versorgungssicherheit in Österreich ist.
For our present economic and social system to function it is indispensable to have a secure, reliable and cost-effective electricity supply. The transmission grids are the backbone of such a supply. Grid infrastructure equipment, like overhead lines and high voltage equipment in substations, are characterized by a long lifespan and high investment costs. Hence, it is one of the main duties of the transmission grid planning to predict the prospective requirements for the transmission grid at best as possible, and to plan the grid infrastructure in a provident and sustainable way. As an essential framework requirement in the henceforth liberalized electricity market, it has to be taken into consideration that the national transmission grids of the Central European States are synchronously connected to each other (ENTSO-E-grid), constituting the basis for the integrated pan-European electricity market. The transmission grid of VERBUND-Austrian Power Grid AG (APG) is embedded in the centre of that pan-European interconnected transmission grid. In addition to the development of the national electricity economy, the structural changes of the energy economies of Austria's neighbouring countries as well as those of the great electricity exporters and importers all have a significant impact on the loading of Austria's transmission grid.
After a period of stagnating power plant construction in Europe, the capacity surplus of electricity generation has decreased. Furthermore, a lot of power plants are reaching the end of their lifespan. Due to altered framework conditions and the new aims of the energy policy (e.g.
20-20-20-aims of the EC) the power plant fleets of the European countries are now being subject to dynamic conversion. In particular for the sector of electricity generation from renewable energy sources, predominantly wind energy, a huge growth in the installed capacity is assumed. Further challenges are presented by the steady ongoing growth in demand and the market price dependent power plant operation. In the context of the aims to further integrate the European electricity market and therewith the facilitation of cross-border competition, essential changes in the import- and export-balances can be expected.
To evaluate the impact of these developments on the future electricity exchange, a forecast model for the future electricity exchange, based on a normalization approach with a dynamic normalization basis, has been developed as the core of this thesis. The control area APG and the control blocks Switzerland, DE+ , FEP , Italy, CENTREL and SHB were subject to the analysis. The forecasts cover the time span towards 2030 and the results are delivered in steps of five years. The analysis does not focus on national- or business economical issues, but on the determination of the limits of the power bands of the future electricity exchanges. Predominantly these limits (high export- respectively import power values) are significant for the loading of the grid infrastructure and the definition of reinforcement measures and therefore of main importance for the planning of the transmission grid.
Based on respectively two scenarios, regarding the future development of the generation- and demand structures of each nation, forecast calculations concerning the prospective electricity exchange were carried out with the help of the developed model. The analysis of the results shows the effects of the different ascendancies on the power maxima of the imports and exports, as well as on the power bandwidth according to the different scenario assumptions.
In summary, distinctive impacts on the electricity exchange which were brought about by the changed framework conditions and the resulting changes to the structural composition of the control blocks could be ascertained. Most control blocks are characterized by an increasing power bandwidth of the electricity exchanges, which is connected to significantly higher load flows on the transmission grid infrastructure.
Considerably higher exports are to be expected from the control blocks FEP and DE+ in the future. With Italy and SHB the greatest imports will be located in the south of Continental Europe. However, also for the control block CENTREL a potential import dependency can be recognized.
This is of essential importance for the control areas APG and Switzerland. Their transmission grids will be loaded both by the strongly increasing bandwidth of their own exports and imports and by the overlaid pan-European load flows, due to their centralized location in Continental Europe.
In order to assure a secure grid operation and meet the requirements of the pan-European electricity market in respect to transport capacity also in the future, the transmission level has to be dimensioned accordingly. The results at hand regarding the prospective development of the electricity exchanges will have a practical application for the scenario definition of load flow analysis within the scope of grid planning at APG. Concrete applications will be the load flow analysis concerning the eight master plan projects of APG. The realization of those projects is of particular importance for the security of supply in Austria.
After a period of stagnating power plant construction in Europe, the capacity surplus of electricity generation has decreased. Furthermore, a lot of power plants are reaching the end of their lifespan. Due to altered framework conditions and the new aims of the energy policy (e.g.
20-20-20-aims of the EC) the power plant fleets of the European countries are now being subject to dynamic conversion. In particular for the sector of electricity generation from renewable energy sources, predominantly wind energy, a huge growth in the installed capacity is assumed. Further challenges are presented by the steady ongoing growth in demand and the market price dependent power plant operation. In the context of the aims to further integrate the European electricity market and therewith the facilitation of cross-border competition, essential changes in the import- and export-balances can be expected.
To evaluate the impact of these developments on the future electricity exchange, a forecast model for the future electricity exchange, based on a normalization approach with a dynamic normalization basis, has been developed as the core of this thesis. The control area APG and the control blocks Switzerland, DE+ , FEP , Italy, CENTREL and SHB were subject to the analysis. The forecasts cover the time span towards 2030 and the results are delivered in steps of five years. The analysis does not focus on national- or business economical issues, but on the determination of the limits of the power bands of the future electricity exchanges. Predominantly these limits (high export- respectively import power values) are significant for the loading of the grid infrastructure and the definition of reinforcement measures and therefore of main importance for the planning of the transmission grid.
Based on respectively two scenarios, regarding the future development of the generation- and demand structures of each nation, forecast calculations concerning the prospective electricity exchange were carried out with the help of the developed model. The analysis of the results shows the effects of the different ascendancies on the power maxima of the imports and exports, as well as on the power bandwidth according to the different scenario assumptions.
In summary, distinctive impacts on the electricity exchange which were brought about by the changed framework conditions and the resulting changes to the structural composition of the control blocks could be ascertained. Most control blocks are characterized by an increasing power bandwidth of the electricity exchanges, which is connected to significantly higher load flows on the transmission grid infrastructure.
Considerably higher exports are to be expected from the control blocks FEP and DE+ in the future. With Italy and SHB the greatest imports will be located in the south of Continental Europe. However, also for the control block CENTREL a potential import dependency can be recognized.
This is of essential importance for the control areas APG and Switzerland. Their transmission grids will be loaded both by the strongly increasing bandwidth of their own exports and imports and by the overlaid pan-European load flows, due to their centralized location in Continental Europe.
In order to assure a secure grid operation and meet the requirements of the pan-European electricity market in respect to transport capacity also in the future, the transmission level has to be dimensioned accordingly. The results at hand regarding the prospective development of the electricity exchanges will have a practical application for the scenario definition of load flow analysis within the scope of grid planning at APG. Concrete applications will be the load flow analysis concerning the eight master plan projects of APG. The realization of those projects is of particular importance for the security of supply in Austria.
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in engl. Sprache
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