Wozu es netzdienliche Flexibilitätsmechanismen braucht

Die Art möglicher Netzengpässe macht einen Unterschied für potenzielle Lösungswege. Es kommt z. B. darauf an, auf welcher Netzebene Probleme vorliegen und ob Engpässe lastbedingt oder erzeugungsbedingt auftreten. Effektive Lösungen stellen fest, welche Flexibilitäts-mechanismen für welche Netzgebiete oder Netzebenen geeignet und inwiefern sie miteinander kompatibel sind. Aber auch welche Möglichkeiten existieren, um unerwünschte Wechsel-wirkungen zwischen lokalen und zonalen Strommärkten zu vermeiden.

Spannungsbedingte Netzengpässe treten bereits heute in Verteilnetzen mit hoher EE-Einspeisung, geringer Last und langen Leitungslängen auf – also insbesondere im ländlichen Raum. Mittel- bis langfristig kann ein Großteil der Engpasssituationen durch den Ausbau der Netzkapazität effizient behoben werden. Kurzfristig kann jedoch auch der Einsatz netzdienlicher Flexibilität hilfreich sein und die Integration weiterer EE-Kapazitäten in die Netze ermöglichen. Hierfür wird aus dezentralen Erzeugern wie Windparks, Blindleistung bereitgestellt und damit die Spannungshaltung unterstützt. Ergänzend können innovative spannungsregelnde Betriebsmittel eingesetzt werden.

SINTEG-Erkenntnisse zum netzebenen-übergreifenden Blindleistungsmanagement

Damit diese Herausforderungen in Deutschland möglichst flächendeckend angegangen werden können, wurden im Rahmen des SINTEG-Synthesefelds Netzdienliche Flexibilitätsmechanismen verschiedene Blaupausen erarbeitet. Sie sollen Anwenderinnen und Anwender in der Praxis, Führungskräfte in der Wirtschaft und in der Politik bei der Skalierung und Nachahmung von Lösungen unterstützen. Eine Blaupause beschäftigt sich mit netzebenen-übergreifendem Blindleistungsmanagement.

SINTEG hat ein weites Spektrum an innovativen Lösungen für das künftige Energiesystem in Deutschland in der Praxis untersucht. Bis zu den Modellprojekten von SINTEG war insbesondere die Bereitstellung von Blindleistung aus dem Verteilnetz an das Übertragungsnetz noch weitgehend unerprobt. Perspektivisch jedoch steigt die Bedeutung des aktiven, netzebenen-übergreifenden Blindleistungsmanagements im Verteilnetz. Dieses kann einen Beitrag leisten, künftig fehlende Blindleistungsbereitstellung konventioneller Kraftwerke zu kompensieren. So ermöglicht das Blindleistungsmanagement, Blindleistungsbedarfe auf überlagerten Netzebenen zu reduzieren, womit die Übertragungskapazitäten des überlagerten Netzes und Transformatoren für den Wirkleistungstransport zur Verfügung stehen. Darüber hinaus kann Blindleistung an die überlagerte Netzebene bereitgestellt werden. Eine Koordination von Übertragungsnetz- und unterlagerten Verteilnetzbetreibern ist hierfür unerlässlich. Der systemische Ansatz von SINTEG machte es möglich, dass netzebenen-übergreifende Lösungen erarbeitet werden konnten.

In den SINTEG Schaufenstern wurde erfolgreich demonstriert, dass durch gezielte Steuerung von Kundenanlagen auf niedrigen Spannungsebenen höhere Spannungsebenen gestützt werden können. Die Schaufenster C/sells und enera beispielsweise zeigten: Blindleistung kann von der Mittelspannungsebene zur Hochspannungsebene transportiert werden. Sogar den Transport von der Hochspannungsebene hin zur Höchstspannungsebene haben die Schaufenster C/sells, NEW 4.0 und WindNODE erfolgreich demonstriert. Der Blindleistungstransport über zwei Netzebenen und Transformatoren hinweg ist jedoch in der Regel nicht zielführend. Dabei wurde gezeigt, dass eine netzebenen-übergreifende Koordination entsprechend FNN-Anwendungsregeln (VDE-AR-N-4140/4141) auch für das Blindleistungsmanagement umgesetzt werden kann. Die Verluste bei netzebenen-übergreifender Blindleistungsbereitstellung im Trafo sind relativ gering. Hierdurch entstehen keine wirtschaftlich relevanten Einbußen für Netzbetreiber.

Voraussetzung für das netzebenen-übergreifende Blindleistungsmanagement ist es daher, zunächst das lokale Blindleistungsmanagement zu optimieren. SINTEG hat hier wichtige Beiträge geliefert. Die Schaufenster demonstrierten unter anderem erfolgreich das Blindleistungsmanagement mittels automatisiertem Netzregler und dessen Integration in bestehende Systeme (Netzleitwarte, Netzmanagement). Zudem wurden im Schaufenster DESIGNETZ innovative Netzbetriebsmittel wie rONT oder Längsregler eingesetzt und in das Blindleistungsmanagement integriert. Im Schaufenster C/sells wurden unterschiedliche Regelstrategien (Cosphi Regelung, VDE FNN 4120, Statcom) erprobt.

Experten-Zitat

"Die SINTEG Ergebnisse haben gezeigt, dass ein Netzebenen-übergreifend koordiniertes Blindleistungsmanagement in einem sicheren und effizienten Systembetrieb mit hohen Anteilen dezentraler Erzeugungsanlagen und Speicher ein effektives Element ist. ​

Die zunehmende Ausstattung der Verteilnetze mit Sensorik und Kommunikationstechnik schafft ideale Voraussetzungen dafür, dass das Potenzial an geeigneten Netzknoten sinnvoll erschlossen werden kann. ​

Die erforderliche enge Abstimmung der Akteure bettet sich nahtlos ein in Prozesse, die für die Erschließung anderer Flexibilitätspotenziale ohnehin aktiv gestaltet werden."

Dr.-Ing. Karsten Burges, SINTEG-Ergebnissynthese 

Was bleibt nach SINTEG?

Nach der erfolgreichen Erprobung netzdienlicher Flexibilitätsmechanismen im Rahmen von SINTEG stehen bis zum geregelten Einsatz in der Praxis noch vielfältige Herausforderungen an. Diese betreffen insbesondere die breite Umsetzung der technischen Voraussetzungen, Standardisierungen der Technik und der ökonomischen Bewertung sowie geeignete regulatorische Rahmenbedingungen.

Um Blindleistungsmanagement im Verteilnetz zu ermöglichen, ist künftig eine höhere Durchdringung mit Sensorik und Aktorik notwendig. Nachholbedarf ist in vielen Verteilnetzen vor allem auf Mittelspannungs-Ebene vorhanden. Für die Übertragbarkeit des SINTEG-Ansatzes muss das Blindleistungsmanagement und die Abstimmungskaskade in die bestehenden IT-Systeme der Netzbetreiber und Netzleitwarteintegriert werden können. SINTEG hat gezeigt, dass dies im Regelfall kurzfristig möglich ist. Sinnvoll ist eine Anwendung jedoch nur dann, wenn ein Bedarf an dynamischem Blindleistungsmanagement besteht, etwa durch regelmäßig auftretende spannungsbedingte Engpässe auf Mittelspannungs- oder Hochspannungs-Ebene.

Um darüber hinaus auch eine Blindleistungsbereitstellung aus dem Verteilernetz an das Übertragungsnetz unabhängig vom aktuellen Dargebot zu ermöglichen, sind gesicherte Blindleistungspotenziale im Verteilernetz notwendig. Diese können unter anderem durch Ertüchtigung dargebotsabhängiger EZA zur STATCOM-Fähigkeit bereitgestellt werden.

Eine branchenübergreifende Verständigung auf allgemeine und industrieweit anwendbare Schnittstellen und Protokolle erleichtert die künftige breite Anwendung der demonstrierten Konzepte. So werden Schnittstellen in den Netzleitwarten für die Einbindung eines Blindleistungsmanagementsystem benötigt. Protokolle dienen dazu, Blindleistungsstellbefehle an die Erzeugungsanlagen zu übermitteln. Die breite Einführung der Ansätze in die Netzplanung und den Netzbetrieb wird auch eine rechtlich verbindliche Methodik für die Bewertung der Kosten und Nutzeffekte unterstützen.

Zur Skalierung des Ansatzes gehört auch der passende regulatorische Rahmen. Insbesondere muss die Beschaffung von Blindleistung zwischen Anlagen- und Netzbetreibern koordiniert werden – möglicherweise mittels marktlicher Mechanismen. Die gesetzlichen Grundlagen dafür wurden bereits mit dem neuen §12 h EnWG (2020) geschaffen. Die konkrete Ausgestaltung des regulatorischen Rahmens ist Aufgabe der Bundesnetzagentur. Die technischen Konzepte zur Bereitstellung von Blindleistung aus Kundenanlagen sind weitgehend ausgereift und universell anwendbar.

Ausblick auf den Ergebnisbericht

Der momentan noch in Arbeit befindliche Ergebnisbericht zu netzdienlichen Flexibilitätsmechanismen greift die Impulse dieses Fokusbeitrags auf und beschreibt diese ausführlicher. Zentrales Thema des Ergebnisberichts werden wirkungsleistungsbedingte Engpässe und lokale Flexplattformen sein. Außerdem sind innovative Netzbetriebsmittel, Blindleistungsbereitstellung aus dezentralen Anlagen, Systemdienstleistungen (bspw. Momentanreserve, Resilienz) und Märkte (bspw. P2P) Themen des Ergebnisberichts.

Weitere Fokusbeiträge auf dieser Webseite entstehen zu den einzelnen Synthesefeldern Flexibilitätspotenziale und Sektorkopplung, Digitalisierung, Reallabore sowie Partizipation und Akzeptanz. Die Fokusbeiträge geben jeweils einen kurzen Einblick in die noch folgenden umfassenden Ergebnisberichte. Die Ergebnisberichte stehen nach Fertigstellung als Publikationen zum Download zur Verfügung.