Anforderungen an Netze im Rahmen des Ausbaus der ... - Altrip

Anforderungen an Netze im Rahmen des 

Ausbaus der Erzeugung aus erneuerbaren Energien 

Treffen im Rahmen der Planungsgemeinschaft Westpfalz, 25.06.2012

Übersicht 

► Grundlagen, Netzstrukturen 

► Grundzüge g der Netzverträglichkeitsbeurteilung 

g g 

► Praktisches Beispiel 

► Bestandsaufnahme 

► Ausblick 

► Diskussion 

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Begriffe/Struktur 

Netzgruppe (West-/Ostgruppe, ca. 3000km²) 

UW-Versorgungsbereich(e), i.d.R. kuppelbar (ca. 20 je 110kV-Netzgruppe) 

Bild: Heuck, Dettmann, Schulz, Elektrische Energieversorgung, Verlag Vieweg + Teubner 

Ortsnetze (UP), i.d.R. kuppelbar 

PNG, Zi / 2012-06 / 3

Begriffe/Struktur 

► Ausrichtung der elektrischen Energieversorgung bisher an großen, zentralen Einheiten 

(Großkraftwerken) 

► Einspeisung elektrischer Energie durch Großkraftwerke in Spannungsebenen mit möglichst hoher 

Betriebsspannung 

► Überregionale Verteilung (ab ca. ca 100km) über Höchstspannungsnetze (220kV, (220kV 380kV) 

regionale Verteilung (ca. 25..100km) über Hochspannungsnetze (110kV) 

regionale Verteilung (bis ca. 25km) über Mittelspannungsnetze (10kV, 20kV) 

Verteilung in Ortsnetzen über Niederspannungsnetze (0,4kV) 

Übertragungsleistung 

eines Stromkreises 

Nennspannung 

(üblich) 

1600MVA 220kV, 380kV Höchstspannung (HöS) 

120MVA 110kV Hochspannung (HS) 

10MVA 10kV, 20kV, 30kV Mittelspannung (MS) 

150kVA 04kV 0,4kV Niederspannung (NS) 

Netzebene 

Transformator- 

leistung 

Umspannung (HöS/HS) 350MVA 

Umspannung (MS/NS) 40MVA 

Umspannung (HS/MS) 630kVA 

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Bestand der Pfalzwerke 

Übertragungsleistung 

eines Stromkreises 

ca ca.130km 130km 220kV 220kV-Stromkreise 

Stromkreise 

ca. 1200km 110kV-Stromkreise 

ca. 4500km 20kV-Stromkreise 

ca ca. 9000km 00,4kV-Stromkreise 4kV Stromkreise 

Nennspannung 

(üblich) 

1600MVA 220kV, 380kV Hö Höchstspannung h t (HöS) 

120MVA 110kV Hochspannung (HS) 

10MVA 10kV, 20kV, 30kV Mittelspannung (MS) 

150kVA 0,4kV Ni Niederspannung d (NS) 

Netzebene 

Transformatorleistung 

Umspannung (HöS/HS) 350MVA 

Umspannung (MS/NS) 40MVA 

Umspannung (HS/MS) 630kVA 

9 Trafos 

ca. 100 Trafos 

ca. 4000 Trafos 

Versorgungsgebiet und HöS-Netz Versorgungsgebiet, HöS- und HS-Netz Versorgungsgebiet, HöS-, HS- und MS-Netz 

PNG, Zi / 2012-06 / 5

Exkurs: Beurteilung der Netzverträglichkeit 

► Die Beurteilung der Netzverträglichkeit einer anzuschließenden Anlage erfolgt in MS-Netzen gemäß 

BDEW-Richtlinie “Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz” und 

“T “Technische h i h Ri Richtlinien htli i fü für EErzeugungseinheiten i h it und d -anlagen, l TTeil il 8” (‘TR8’) 

in NS-Netzen gemäß 

“VDE-AR-N 4105, Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz” 

► Entgegen der in der öffentlichen Diskussion häufig 

anzutreffenden Auffassung ist der begrenzende Faktor 

hinsichtlich der Netzverträglichkeit in Nieder- und 

Mittelspannungs-Verteilnetzen i.d.R. nicht die thermische 

Überlastung von Leitungen sondern die von den 

Erzeugungseinheiten verursachte Spannungsanhebung 

Die aktuell bekannten Planungen deuten bereits auf 

Überlastungen und resultierenden Ausbaubedarf im 

Hochspannungsnetz hin. 

► Die zulässige Spannung in Netzen ist definiert gem gem. 

DIN IEC 60038 – danach ist eine Abweichung von der 

Netznennspannung (Spannungsband) im Bereich von 

±10% zulässig 

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Exkurs: Beurteilung der Netzverträglichkeit 

► Je größer die aktuell eingespeiste Leistung in Relation zur Netzimpedanz am Verknüfungspunkt ist, 

desto höher fällt der Spannungshub aus 

► Die o.g. technischen Normen lassen durch die installierten Anlagen einen Spannungshub von max. 

2% (MS) bzw. 3% (NS) zu – eine Anlage, welche am untersuchten Netzverknüpfungspunkt zu 

einem höheren Hub im Netz führen würde, gilt an diesem Punkt als nicht-netzverträglich. 

FFestlegungen l zur gültigen ül i WWahl hl eines i NNetzverknüpfungspunkts k ü f k sind i d iim 

“Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz - EEG)” getroffen. 

► Bei Erreichen der Grenzen der Spannungsbänder 

werden in Betrieb befindliche Erzeugungsanlagen 

automatisch vom Netz getrennt. 

Dies ist mit Ertragsausfall verbunden und soll im 

Vorfeld durch die Netzverträglichkeitsprüfung 

ausgeschlossen werden. 

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Exkurs: Aktuelle Probleme 

► Bei der Beurteilung der Netzverträglichkeit einer Anlage gilt die Forderung hinsichtlich des 

Spannungshubs kategorisch, d.h. unter Zugrundelegung der Maximalleistung der Anlage 

► Obwohl das gleichzeitige Erreichen der Maximalleistung aller Anlagen auf wenige Stunden 

jährlich beschränkt ist, kommt es vermehrt zur Einstufung von Anlagen als nicht-netzverträglich – 

beobachtete Folgen: 

• AAusweichen i h auf f wirtschaftlich i h f li h ungünstigere ü i NNetzverknüpfungspunkte k ü f k 

• Anlagendrosselung 

• Zeitlicher Aufschub des Netzanschlusses 

• Netzausbau 

• Verzicht auf Projekte 

► Insbesondere der Netzausbau ist z.T. kritisch zu 

betrachten betrachten, da hierdurch sozialisierte Kosten 

entstehen – die Kosten eines Netzausbaus müssen in 

volkswirtschaftlich sinnvoller Relation zu den Kosten 

der Anlagenerrichtung stehen. 

Di Die Umlage U l der d Kosten K t des d Netzausbaus N t b kann k die di 

Akzeptanz von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer 

Energien ernsthaft gefährden. 

PNG, Zi / 2012-06 / 8

Aktuelle Probleme 

► Zwar ist unter Bezugnahme auf ein Votum der EEG-Clearingstelle ein Netzausbau nicht 

zumutbar, wenn dessen Investitionsvolumen 25% des Anlageninvestitionsvolumens 

überschreitet, doch ist dieses Kriterium in zunehmenden Maß nicht mehr ohne weiteres 

anwendbar (betroffene Anlagenerrichter versuchen immer häufiger öffentlichen bzw. 

politischen Druck auszuüben um den zuständigen Netzbetreiber dennoch zum 

Netzausbau zu veranlassen). 

Anm.: dabei ist zu beobachten, dass die Anlagen aufgrund der Förderungssituation vermehrt als Renditeobjekte 

betrachtet werden – nicht mehr technische- oder Umweltgesichtspunkte stehen im Mittelpunkt sondern der Erhalt der 

Förderung. Diese Verfolgung von Partikularinteressen verhindert zu häufig die Verfolgung volkswirtschaftlich optimierter 

Konzepte. 

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Null-Energie... aber nicht Null-Leistung 

“Auf dem Weg zu 100% EE” 

2,5 Millionen Treffer zu “null-energie-stadt” 

► Zielvorstellungen hinsichtlich des Ausbaus 

erneuerbarer Energieen sind nahezu immer 

bilanzieller Natur – dadurch tritt die Aufgabe 

des Netzes bzw. von Speichern in den 

Hintergrund. 

bilanziell ist diese Autobahn leer... 

Foto: http://www.ndr.de/regional/niedersachsen/hannover/autobahnkreuz111.html 

“Wie viel Energie steckt in meiner Gemeinde?” 

“Loben Sie einen Wettbewerb aus: Welcher Ortsteil 

produziert am meisten Strom?” 

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Wieviel Leistung kann ein Netz aufnehmen? 

Auf einem einspeisedominierten Abzweig tritt eine Erhöhung der Spannung ein 

110kV-Netz 1 

P=-0,1 MW 

PF=0,054 

110kV SSammelschiene l hi 

U=110,0 kV 

u=100,0 % 

du=-1,5 % 

U1 

P=-0,1 MW 

Q=-2,1 Mvar 

I=59,7 A 

Ploss=0,0 MW 

Qloss=0,2 Mvar 

Last=5,3 % 

UW 20kV 

U=20,3 kV 

u=101,5 % 

MS-Knoten 1 

U=20,4 kV 

u=102,2 % 

du=0,7 % 

MS-Freileitung 1 (5km) 

P=2,9 MW 

Q=-1,1 Mvar 

I=88,6 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=25,4 % 

Die Transformatorregelung gleicht lastgangbegingte Spannungsänderungen an 

der UW-Sammelschiene aus – im Netz haben unterschiedliche Netzknoten 

unterschiedliche Spannungen... 

Vergleich zum Ortsnetz: Das Problem unterschiedlicher Charakteristika von 

Abzweigen (Last- oder Einspeisedominanz) macht häufig den vieldiskutierten 

Einsatz regelbarer OrtsnetzTransformatoren unmöglich. 

WEA 2 


P=3,0 MW 

Q=-1,0 Mvar 

I=88,6 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=25,4 % 

MS-Knoten 2 

U=20,6 kV 

u=102,9 % 

du=1,3 % 

, , 

MS-Knoten 3 

U=200kV U=20,0 kV 

u=100,0 % 

du=-1,6 % 


P=3,0 MW 

Q=1,0 Mvar 

I=91,2 A 

Ploss=0,0 MW 

Qloss=0 Qloss 0,0 0Mvar Mvar 

Last=26,1 % 

Auf einem lastdominierten Abzweig tritt eine Absenkung der Spannung ein 

WEA 1 

P=-3,0 MW 

PF=0,950 

Last (Ortsnetz, o.ä.) 

P=3,0 , MW 

PF=0,950 

PNG, Zi / 2012-06 / 11


110kV-Netz 1 

P=2,8 MW 

PF=0,625 

110kV Sammelschiene 

U=110,0 kV 

u=100,0 % 

du=-1,0 % 

U1 

P=2,8 MW 

Q=-3,2 Mvar 

I=121,3 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=10,6 Last 10,6 % 

UW 20kV 

U=20,2 kV 

u=101,0 % 


P=5,8 MW 

Q=-2,2 Mvar 

I=177,5 A 

Ploss=0,1 MW 


Last=50,9 % 

MS-Knoten 1 

U=20,5 kV 

u=102,4 % 

du=1,3 % 

...obwohl die thermische Übertragungsfähigkeit der 

Leitung noch nicht erreicht ist ist. 


P=3,0 MW 

Q=1,0 Mvar 

I=91,7 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=263% 

Last=26,3 % 

WEA 2 

P=-3,0 MW 

PF=0,950 


P=3,0 MW 

Q=-1,0 Mvar 

I=88,5 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=25,4 % 

MS-Knoten 2 

U=20,6 kV 

u=103,0 % 

du=2,0 % 

MS-Knoten 3 

U=19,9 kV 

u=99,5 99 5 % 

du=-1,6 % 

Durch Anschluss einer weiteren WEA ist der zulässige 

Spannungshub von 2% erreicht... 

WEA 1 

P=-3,0 MW 

PF=0,950 


P=3,0 MW 

PF=0 PF 0,950 950 

PNG, Zi / 2012-06 / 12


110kV-Netz 1 

P=3148,8 kW 

PF=0,656 


U=110000,0 V 

u=100,0 , % 

UW 20kV 

du=-1,0 % 

U=20194,4 V 

u=101,0 % 

U1 

P=3165 P=3165,5 5 kW 

Q=-3357,9 kvar 

I=131,9 A 

Ploss=16,7 kW 

Qloss=260,3 kvar 

Last=11,5 % 

MS-Freileitung 1a (4km) 

P=6204,0 kW 

Q=-2327,9 kvar 

I=189,4 A 

Ploss=131,4 kW 


Last=54,3 % 

MS-Knoten 4 

U=20416,3 V 

u=102,1 , % 

du=1,1 % 


P=3038,5 kW 

Q=1030,0 kvar 

I=91,7 A 

Ploss=38,5 kW 


Last=26,3 % 

BHWK (Aussiedlerhof) 

P=-400,0 kW 

PF=0,950 

MS-Freileitung 1b (1km) 

P=5935,3 kW 

Q=-2046,1 kvar 

I=177,5 A 

Ploss=28,8 kW 


Last=50,9 % 

...der zusätzliche Anschluss einer ‘kleinen’ Anlage (z.B. BHKW + PV 

eines Aussiedlerhofs) ist gem. Richtlinine nicht mehr netzverträglich. 

MS-Knoten 1 

U=20470,4 , V 

u=102,4 % 

du=1,4 % 

WEA 2 

P=-3000,0 kW 

PF=0,950 

MS-Knoten 3 

U=19876,8 V 

u=99,4 % 

ddu=-1,6 1 6 % 


P=2964,2 kW 

QQ=-1027,0 1027 0 kkvar 

I=88,5 A 

Ploss=35,8 kW 


Last=25,4 % 

MS-Knoten 2 

U=20606,3 , V 

u=103,0 % 

du=2,1 % 


P=3000,0 kW 

PF=0,950 

WEA 1 

P=-3000,0 kW 

PF=0 PF 0,950 950 

PNG, Zi / 2012-06 / 13


110kV-Netz 1 

P=3154,7 kW 

PF=0,658 


U=110000,0 V 

u=100,0 , % 

UW 20kV 

du=-1,0 % 

U=20195,1 V 

u=101,0 % 

U1 

P=3171 P=3171,4 4 kW 

Q=-3351,2 kvar 

I=131,9 A 

Ploss=16,7 kW 


Last=11,5 % 

MS-Freileitung 1a (2,5km) 

P=6209,9 kW 

Q=-2321,1 kvar 

I=189,5 A 

Ploss=82,2 kW 


Last=54,3 % 

MS-Knoten 4 

U=20332,4 V 

u=101,7 , % 

du=0,7 % 


P=3038,5 kW 

Q=1030,0 kvar 

I=91,7 A 

Ploss=38,5 kW 


Last=26,3 % 

...der Standort entscheidet – ein Verknüpfungspunkt näher am 

Umspannwerk lässt den Richtlinienkonformen Anschluss zu. 

Im Beispiel des Aussiedlerhofs praktisch unannehmbar... 

BHWK (Aussiedlerhof) 

P=-400,0 kW 

PF=0,950 

MS-Freileitung 1b (2,5km) 

P=5892,0 kW 

Q=-2095,6 kvar 

I=177,6 A 

Ploss=72,1 kW 


Last=50,9 % 

MS-Knoten 1 

U=20466,1 , V 

u=102,3 % 

du=1,4 % 

WEA 2 

P=-3000,0 kW 

PF=0,950 

MS-Knoten 3 

U=19877,5 V 

u=99,4 % 

du=-1,6 % 


P=2964,2 kW 

QQ=-1027,1 10271kkvar 

I=88,5 A 

Ploss=35,8 kW 


Last=25,4 % 

MS-Knoten 2 

U=20602,0 , V 

u=103,0 % 

du=2,0 % 


P=3000,0 kW 

PF=0,950 

WEA 1 

P=-3000,0 kW 

PF=0 PF=0,950 950 

PNG, Zi / 2012-06 / 14

Netzsituation im Versorgungsgebiet 

PNG, Zi / 2012-06 / 15

Installierte Leistung aus regen. Energie 

► Netzhöchstlast ca. 1300MW 

Netzminimallast ca ca. 425MW (min (min. Bezug aus vorgel vorgel. Netz ca. ca 230MW 230MW, 25.10.2012, 25 10 2012 02:30h) 

Spannungsebene Sparte Σ Pinstalliert / MW 

0,4kV PV 160,527 

0,4kV BHKW 1,219 

0,4kV Wasser 0,256 

20kV WEA 298 

20kV PV 60 

20kV Biogas + sonstige 13,8 

110kV WEA 45 

578,8 

zzgl. in Netzen von Weiterverteilern 245,2 

824,0 

► Erteilte Leistungszusagen (20kV): 249MW 

Vorliegende Anfragen ohne Leistungszusage (20kV): ca. 400MW 

Foto: http://www.verkehrsrundschau.de/fm/4494/stau_Widmann_dapd_620.jpg 

PNG, Zi / 2012-06 / 16

Netzsituation im Versorgungsgebiet 

Installierte Leistung EEG-geförderter Anlagen 

Stand 06/2012 

Einwohner: 1,6Mio 

Fläche: 5900km² 

Netzhöchstlast: 1292MW 

Minimallast: 423MW 

∑ EE-Einspeisung: 579MW 

(ohne Stadt- u. Gemeindewerke) 

PNG, Zi / 2012-06 / 17

Netzsituation (Anlagenstandorte) 

► Standorte von WEAn mit Netzverknüpfungspunkt im 

Mittelspannungsnetz befinden sich in Gebieten mit 

geringer i BBevölkerungsdichte ölk di ht 

► Vorhandenes MS-Netz wurde zur Versorgung konzipiert 

und ist dafür nach wie vor ausreichend – 

SSpannungshaltung h l erfordert f d bbei i weiterem i AAusbau b 

umfangreiche Netzverstärkung 

Einspeisung 

ins MS-Netz 

Einspeisung 

ins NS-Netz 

⇒ Ausbau des Hochspannungsnetzes 

(110kV) zur Aufnahme und 

Verteilung der Leistung 

PNG, Zi / 2012-06 / 18

Exkurs: Was müssen Netze zukünftig leisten? 

► Der Anschluss von Erzeugungsanlagen erfordert Netze/Verknüpfungspunkte mit hinreichender 

Kurzschlußleistung 

► Die Kurzschlußleistung an einem bestimmten Knoten im MS-Netz kann erhöht werden, indem 

zusätzliche MS-Leitungen zugebaut werden oder eine Abspannstandort aus der nächst höheren 

Spannungsbene errichtet wird 

► Leitungsverstärkung (Querschnitterhöhung) i.d.R. nicht wirkungsvoll, da sich mit der 

Querschnitterhöhung die Reaktanz nahezu nicht verändert (Z FL95/15= (0,308+j0,349)Ω/km ) 

Vorteile des Leistungsbaus: 

+ kostengünstig bei kurzen Entfernungen 

Variante 1 

Bau UW 

Kosten / k€ 

HSS Kosten / k€ 

MSS Sk HSS Sk MSS spez. Kosten / 

k€ / MVA 

HSS spez. Kosten / 

k€ / MVA 

MSS 

- Wirkung räumlich begrenzt 

Weselberg 110kV 

Weselberg Trafo 

1800 

600 

- hohe spezifische Kosten (€/kW) 

Weselberg Feld (Kabel) 400 

Weselberg Infrastruktur 300 

Weselberg MS-Anlage 500 

⇒ Maßnahme sinnvoll, sofern wenige bzw. kleine Anbindung 110kV 750 260 16,7 

Anlagen aufzunehmen sind – bei großem 

Potential ist die Maßnahme von begrenzter 

Variante 2 

Bau MSP-Leitung 

Kosten / k€ 

HS 

Kosten / k€ 

MS 

Sk HS 

Sk MS 

spez. KKosten t / 

k€ / MVA 

HS 

spez. KKosten t / 

k€ / MVA 

MS 

Tragweite 

WES MS-Anlage 

Stromkreis (80 k€/km) 

Länge (km) 

1000 

80 

Vorteile des UW-Baus: 

- Hohe absolute Kosten 

0 

1 

2 

0 

80 

160 

260 

223 

196 

3,8 

4,8 

5,9 

+ Wirkung weiträumiger 

5 

10 

400 

800 

143 

98 

9,8 

18,3 

+ Geringere spezifische Kosten 

15 1200 75 29,3 

20 1600 61 42,8 

⇒ Maßnahme bei umfangreichem 

Ausbau und großen Potentialen 

sinnvoll 

PNG, Zi / 2012-06 / 19

Ausbauszenarien 

Faktor ≈ 8,8 

Faktor ≈ 14,4 

Σ≈13000MW 

zum Vergleich: 

- Höchstlast im Versorgungsgebiet der Pfalzwerke ca. 1300MW 

⇒ zu Zeiten maximaler Einspeisung herrscht ein hoher 

Leistungsüberschuss 

- Aufnahmefähigkeit g eines Umspannwerks p ca. 80MW 

⇒ wenn eine Leistungsüberangebot von >10000MW aus der 

Region transportiert werden muss, sind dazu ca. 100 weitere 

Umspannwerke erforderlich 

- Belastbarkeit eines 110kV-Stromkreises ca. 100..200MVA 

⇒ Transport der o.g. Leistung macht Verstärkung und 

Erweiterung des Leistungsnetzes erforderlich 

⇒ Unter der Annahme, dass die Anlageneffizienz im Wesentlichen der heutigen entspricht, folgt 

daraus ein Ausbaubedarf seitens der Netze in ähnlicher Größenordnung 

Unter diesen Prämissen wurde für das Netz im Versorgungsgebiet der Pfalzwerke ein Investitionsbedarf von 

mindestens ca. 300..400M€ ermittelt 

(Vergleich: zum Substanzerhalt erforderlicher Reinvestitionsaufwand derzeit ca. 20..25M€/a). 

Quelle: Studie “Gestaltung der Energiewende: Ausbau Netze und Speicher” vorgestellt von der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN im Landtag Rheinland-Pfalz 

PNG, Zi / 2012-06 / 20

Randbedingungen der Netzausbauplanung 

► Aufnahmefähigkeit im HS-Netz z.T. 

noch vorhanden 

► Aufnahme weiterer Anlagen im MS- 

Netz kaum noch möglich (Erhöhung 

der Kurzschlußleistung erforderlich) 

Lösungsansätze: 

Netzausbau im MS-Netz: 

+ Absolute Kosten z.T. gering 

- Wirkung räumlich begrenzt 

- Hohe spezifische Kosten (€/kW) 

⇒ Maßnahme bei sinnvoll, sofern 

wenige bzw. kleine Anlagen 

aufzunehmen sind 

Zusätzliche Umspannwerke: 

- Hohe absolute Kosten 

+ Wirkung weiträumiger 

+ Geringere spezifische Kosten 

⇒ Maßnahme bei umfangreichem 

Ausbau sinnvoll 

Legende 

HOM 

Grenze Versorgungsgebiet/Netzgruppe 

110-kV-Freileitung (Pfalzwerke/fremd) 

KUS 

PS 

Bei Realisierung 

vorliegender Anfragen 

überlastet! 

KL 

geplant plant 

Schaltanlage (Pfalzwerke/fremd) Wörth, Maximiliansau 

Versorgungsgebiet eines Stadt- oder Gemeindewerks 

Einspeiseanlage (MS) 

KIB 

LD 

NW 

FT 

LU 

SP 

PNG, Zi / 2012-06 / 21 

E

Reduktion der Anschlußleistung (PV-Anlage) 

2 

MW % % 

1,8 

1,6 

1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0 

Anlagen-Bemessungswirkleistung / MW 2,042 

Erreichte Maximalleistung / MW: 1,930 

Erreichte Maximalleistung / %: 94,50 

Reduktionswert / MW: 1,5 

Reduktionswert / %: 26,54 

Erreichbare Jahresarbeit ohne Reduzierung / MWh 2218,57 

Erreichbare Jahresarbeit mit Reduzierung / MWh 2206,45 

Ertragsverlust / MWh 12,12 

Ertragsverlust / % 055 0,55 

Lastgang (Jahr) 

geordneter Lastgang 

1,8 

1,6 

1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0 

00:00 

00:30 

01:00 

01:30 

02:00 

02:30 

03:00 

03:30 

04:00 

04:30 

05:00 

05:30 

06:00 

06:30 

07:00 

07:30 

08:00 

08:30 

09:00 

09:30 

10:00 

10:30 

11:00 

11:30 

12:00 

12:30 

13:00 

13:30 

14:00 

14:30 

15:00 

15:30 

16:00 

16:30 

17:00 

17:30 

18:00 

18:30 

19:00 

19:30 

20:00 

20:30 

21:00 

21:30 

22:00 

22:30 

23:00 

23:30 

Begrenzung 

Begrenzung wirksam / h 159,25 eingespeiste Arbeit ohne/mit Reduktion 

Eine Auslegung eines Anschlusses/Netzes für die volle Leistung ist 

gleichbedeutend g mit einer Auslegung g g zur Nutzung g während weniger g Stunden 

⇒ gefordertes gesamtwirtschaftliches Optimum wird verfehlt 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

P 

P, geordnet 

P, Limit 

W, % 

W, Limit % 

PNG, Zi / 2012-06 / 22

Reduktion der Anschlußleistung (WEA) 

4000 

kW 

3500 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 

Ursprüngliche Maximalleistung / kW 3654 

Leistung nach Reduktion / kW 3200 

LLeistungsreduktion i t d kti / kW 454 

Leistungsreduktion / % 12,42 

Verlorene Jahresarbeit / % 0,97 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

P / kW 

(Zählwerte) 

P / kW 

(geordneter Lastgang) 

Begrenzung auf 

W / % 

W / % 


W /% 

(nach Drosselung) 

3500 

kW 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 

Ursprüngliche Maximalleistung / kW 3042 

Leistung nach Reduktion / kW 2000 

Leistungsreduktion / kW 1042 

Leistungsreduktion / % 34,25 

Verlorene Jahresarbeit / % 3,07 

► Investitionskosten für Netzausbau sind näherungsweise proportional zur installierten Leistung 

► Bei Verzicht auf ca. 1% der eingespeisten Jahresarbeit entsteht die Möglichkeit einer 

Leistungsreduktion bis 20% 

► Wi Wird d iin einem i solchen l h FFall ll NNetzausbau t b betrieben, b t i b entstehen t t h hhohe h NNetz-Ausbaukosten t A b k t um eine i 

marginale Ertragssteigerung zu erzielen 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

P / kW 

(Zählwerte) 

P / kW 



W / % 

W / % 


► Der Anschluß einer solchen Anlage bedeutet für nachfolgende Projekte eine starke Verknappung der 

Ressource Netzanschlußkapazität 

⇒ gesamtwirtschaftliches Optimum wird verfehlt 

W /% 


PNG, Zi / 2012-06 / 23

Was müssen Netze zukünftig leisten? 

? 

? 

Speicher 

Bedarfsdeckung wenn keine Einspeisung durch PV/WEA 

110kV-Netz 1 

P=2,8 MW 

PF=0,625 

Können/müssen die heutigen Spannungsbänder weiter 

gehalten g werden? 

WEA 2 

P=-3,0 MW 

PF=0,950 


U=110,0 kV MS-Knoten 1 MS-Knoten 2 

u=100,0 % 

UW 20kV 

U=20,5 kV 

U=20,6 kV 

du=-1,0 % 

U=20,2 kV 

u=102,4 % 

u=103,0 % 

U1 

u=101,0 % 

du=1,3 % 

du=2,0 % 

P=2,8 MW 

Q=-3,2 Mvar 

I=121,3 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=10,6 % 


P=5,8 MW 

Q=-2,2 Mvar 

I=177,5 A 

Ploss=0,1 MW 


Last=50,9 % 

MS-Freileitung MS Freileitung 3 (5km) 

P=3,0 MW 

Q=1,0 Mvar 

I=91,7 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=26,3 % 


P=3,0 MW 

Q=-1,0 Mvar 

I=88,5 A 

Ploss=0,0 MW 


Last=25,4 % 

MS-Knoten 3 

U=19,9 kV 

u=99,5 % 

du=-1,6 % 

WEA 1 

P=-3,0 MW 

PF=0,950 


P=3,0 MW 

PF=0,950 

2 

MW % 

1,8 

1,6 

1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

0 

Netzauslegung für 8760h/a oder 8760h/a - T 

Legende g 

‘unkoordinierter’ Ausbau in der Fläche oder 

Konzentration von Standorten? 

HOM 

KUS 

Grenze Versorgungsgebiet/Netzgruppe 

110-kV-Freileitung (Pfalzwerke/fremd) 

Schaltanlage (Pfalzwerke/fremd) 

Versorgungsgebiet eines Stadt- oder Gemeindewerks 

Einspeiseanlage (MS) 

PS 

Bei Realisierung 

vorliegender Anfragen 

überlastet! 

KL 

geplant 

KIB 

LD 

NW 

Wörth, Maximiliansau 

FT 

LU 

SP 

E 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

P 

P, geordnet 

P, Limit 

W, % 

W, Limit % 

PNG, Zi / 2012-06 / 24

Exkurse 

Zusatzinformationen, Exkurse 

PNG, Zi / 2012-06 / 25

Energiewende 

Bitte nicht so... 

PNG, Zi / 2012-06 / 26

Exkurs: Blindleistung 

► Definition der elektrischen Leistung 

p(t) = u(t) ⋅ i(t) 

► Bei sinusförmigen Größen... 

(diese Annahme bzw. Vereinfachung ist in Netzen noch weitgehend erfüllt – 

für genauere Betrachtungen, z.B. bei hohem Oberschwingungsanteil führt die 

Annahme sinusförmiger Größen zu erheblichen Berechnungsfehlern) 

Bei der Berechnung der Leistung p(t) = u(t) ⋅ i(t) = û⋅sin(ωt-ϕU) ⋅ î⋅sin(ωt-ϕI) ergibt sich eine sinusförmige Schwingung doppelter Frequenz, welche nur bei Phasengleichheit von 

Spannung und Strom zu jedem Zeitpunkt das gleiche Vorzeichen hat. 

Sobald zwischen Spannung uns Strom eine Phasenverschiebung ϕ=ϕU-ϕI auftritt, hat die Wirkleistung 

nicht mehr zu jedem Zeitpunkt das gleiche Vorzeichen – dies entspricht der zeitweisen Umkehr der 

Richtung des Leistungsflusses. 

Spannung und Strom phasengleich Spannung und Strom phasenverschoben 

(induktives Verhalten) 

PNG, Zi / 2012-06 / 27


► Bezeichnet man die das Produkt der sinusförmigen Größen Spannung und Strom als Scheinleistung S, 

lässt sich diese in die Anteile Wirkleistung P = S⋅cos(ϕ) und Blindleistung Q = S⋅sin(ϕ) aufteilen. 

Spannung Spa u g und u d Strom St o phasenverschoben p ase e sc obe 

Spannung Spa u g uund d St Strom o uum 90 90° phasenverschoben 

p ase e sc obe 

(kapazitives Verhalten) 

(kein Wirkleistungsanteil, d.h. nur Blindleistungsaustausch) 

► Die formal mathematisch abgeleiteten Größen P und Q besitzen dabei eine physikalische Entsprechung: 

Die Wirkleistung stellt den Leistungsanteil dar, welcher ohne sein Vorzeichen zu ändern von der 

Einspeisung zum Verbraucher fließt. 

Die Blindleistung ist der Anteil, dessen Mittelwert Null beträgt, der also ständig zwischen Einspeisung 

und Verbraucher hin- und zurückfließt. Damit führt die Blindleistung zu keiner Energieübertragung, d.h. 

zu keinem technischen Nutzen Nutzen. 

► Die Blindleistung ist nicht vermeidbar – sie entsteht, weil elektrische Betriebsmittel (Kabel, 

Transformatoren, Motoren, etc.) aus Spulen und elektrisch isolierten Zuleitungen bestehen, welche sich 

wie Kondensatoren verhalten. verhalten Kondensatoren und Spulen sind Energiespeicher und bewirken durch 

diese Eigenschaft das Auftreten von Phasenverschiebungen zwischen Spannung und Strom. 

PNG, Zi / 2012-06 / 28


► Zur Bereitstellung von Blindleistung wird keine Primärenergie benötigt. 

Allerdings führt die Übertragung von Blindleistung zu höheren Strömen, d.h. in den Kabeln und 

FFreileitungen il it entstehen t t h höhere höh Verluste V l t als l bbei i reiner i Wi Wirkleistungsübertragung. 

kl i t üb t 

Wichtig:Verluste und Blindleistung werden häufig miteinander verwechselt, sind aber völlig 

unterschiedliche physikalische Phänomene. 

► Reale elektrische Betriebsmittel weisen einen Verlustanteil und einen Blindleistungsbedarf auf. 

Beim Betrieb von Netzen muss der Blindleistungsbedarf ebenso wie die benötigte Wirkleistung 

bereitgestellt werden. 

► Der ‘Blindleistungshaushalt’, d.h. die Bereitstellung und ggf. Kompensation in einem Netz hat 

erhebliche Auswirkungen auf die Spannungshaltung im Netz. 

PNG, Zi / 2012-06 / 29


Mittelspannungs-Regionalnetz 

P=-15,8 kW 

PF=0,928 

ONS (OS-Seite) 

U=20000,0 V 

u=100,0 % 

du=01% du=0,1 % 

ON-Trafo 

ONS (NS-Seite Abschnitt 1) 

U=399,5 V 

u=99,9 % 

ONS (NS-Seite Abschnitt 2) 

U=401,1 V 

u=100,3 % 

du=0,4 % 

Kabel 1 

P=82,2 kW 

Q=0,8 kvar 

I=118,8 A 

Ploss=2,2 kW 


Last=44,0 % 

Kabel 2 

P=82,7 kW 

Q=39,8 kvar 

I=132,7 A 

Ploss=2,7 kW 


Last=49,1 % 

Kabel 3 

P=82,7 kW 

Q=-37,7 kvar 

I=131,3 A 

Ploss=2,7 kW 


Last=48,6 % 

Kabel 4 

P=78,0 kW 

Q=-0,8 kvar 

I=112,3 A 

Ploss=2,0 kW 


Last=41,6 % 

Kabel 5 

P=80,0 kW 

Q=-38,7 kvar 

I=125,4 A 

Ploss=2,5 kW 


Last=46,4 % 

Kabel 6 

P=80,0 kW 

Q=38,7 kvar 

I=124,3 A 

Ploss=2,4 kW 


Last=46,0 % 

Blindleistung (Vorzeichen!) wirkt sich auf die Spannungshaltung aus: 

IInduktives d kti Verhalten V h lt bbewirkt i kt Ab Absenkung, k 

kapazitives Verhalten bewirkt Anhebung der Spannung 

1 

U=388,8 V 

u=97,2 % 

du=-2,7 % 

2 

U=386,8 V 

u=96,7 % 

du=-3,2 % 

3 

U=390,8 V 

u=97 u=97,7 7 % 

du=-2,2 % 

4 

U=411,2 V 

u=102,8 % 

du=2,9 % 

5 

U=409,2 V 

u=102,3 % 

du=2,4 % 

6 

U=413,0 V 

u=103,3 % 

du=3,4 % 

Last 1 

P=80,0 kW 

PF=1,000 

Last 2 (induktiv) 

P=80,0 kW 

PF=0,900 

Last 3 (kapazitiv) 

P=80,0 kW 

PF=0,900 

Einspeisung 1 

P=-80,0 kW 

PF=1,000 

Einspeisung 2 (untererregt = induktives Verhalten) 

P=-80,0 kW 

PF=0,900 

Einspeisung 3 (übererregt = kapazitives Verhalten) 

P=-80,0 kW 

PF=0,900 

PNG, Zi / 2012-06 / 30

Exkurs: Lösungsmöglichkeiten - BKZ 

► Das Netz bzw. die Anschlussleistung zur Einspeisung steht dem Einspeiser kostenlos zur 

Verfügung, d.h. es wird weder ein Baukostenzuschuß (BKZ) noch ein laufendes Entgelt 

für die Netznutzung erhoben 

► Aufgrund des BKZ-freien Anschlusses und der o.g. Kriterien der Netzverträglichkeit ist der 

Zeitpunkt der Anfrage entscheidend – ‘Windhundprinzip’ 

Windhundprinzip 

(für die erste Anlage an einem Stromkreis ist i.d.R. ausreichend freie Aufnahmefähigkeit 

des Netzes gegeben; jeder weitere Anschlusspetent findet ungünstigere Bedingungen in 

Form geringerer freier Netzanschlussleistung vor und muss ggf. wirtschaftlich 

ungünstigere Verknüpfungspunkte akzeptieren. Für später ans Netz anzuschließende, 

‘kleine’ Anlagen, g , ist ein Netzausbau gem. g ‘25%-Kriterium’ häufig g abzulehnen, , d.h. es 

entsteht der Eindruck einer ungerechten Situation) 

Lösungsansatz: Erhebung eines Baukostenzuschusses zur Deckung der 

(leistungsabhängigen) Kosten im Netz, wodurch dem Netzbetreiber unmittelbar Mittel 

zur Tätigung des Netzausbaus zufließen würden. Ferner wäre die verdeckte Förderung 

der Anlagen in Form der Sozialisierung der Anschlusskosten aufgehoben 

PNG, Zi / 2012-06 / 31

Exkurs: Lösungsmöglichkeiten – Verfügbarkeit 

► Die Beurteilung der Netzverträglichkeit von Anlagen nach VDE-AR-N 4105 bzw. TR8 ist 

eine kategorische Forderung, d.h. die Einspeisefähigkeit muß (abgesehen von Störungen) 

zu 8760h/a gegeben sein 

► Die tatsächliche Nutzung eines Netzes mit der vollen Aufnahmefähigkeit ist auf wenige 

Stunden begrenzt – bezogen auf Lasten ist die Verwendung von Gleichzeitigkeitsfaktoren 

zur Vermeidung einer Überdimensionierung seit langem üblich. Bei Einspeiseanlagen gilt 

dies nicht – die Gesetzeslage fordert/fördert den Ausbau von Netzen, deren volle 

Übertragungsfähigkeit nur zu wenigen Stunden pro Jahr genutzt wird 

► Somit werden mit sozialisiertem Aufwand Netze ausgebaut und vorgehalten, die wenigen 

Anlageninvestoren die Maximierung ihres Erlöses ermöglichen 

Lösungsansatz: definierte Verfügbarkeit für Einspeiseanlagen, wonach jedem 

Anlagenbetreiber eine definierte Verfügbarkeit (z.B. 98%) zusteht – erst bei deren 

Unterschreitung wird ein Netzausbau bzw. eine Ersatzzahlung erforderlich 

PNG, Zi / 2012-06 / 32

Exkurs: Lösungsmöglichkeiten – Planung 

► Die Diskussion mit Anlagenerrichtern beschränkt sich noch zu stark auf die Verpflichtung 

des Netzbetreibers zum Netzausbau – der Vorhalt von Netzen mit derartig geringem 

Auslastungsgrad ist volkswirtschaftlich fragwürdig und führt dazu, dass einseitige 

Lösungskonzepte in Form von Stromkreisausbau und Stationsneubau verfolgt werden 

► Der Anlagenzubau ist politisch völlig unzureichend gesteuert – es werden Anlagen in 

bereits ‘gesättigten’ Gebieten errichtet. Mit den Mitteln des hierfür erforderlichen 

Netzausbaus könnte an anderer Stelle mehr Potential erschlossen werden 

► Es existiert kein planerischer ‘Treuhänder’, der Ausbauvorhaben sammelt und in 

größerem Kontext integriert. Folge ist die ‘Salamitaktik’, die zum stückweisen und 

ineffizienten Ausbau von Netzteilen führt, statt unter Kenntnis der letztendlichen 

AAnlagenanzahl/-leistung l hl/ l i t eine i effizientere ffi i t NNetzausbauplanung t b l zu täti tätigen (z.B. ( B Wahl W hl der d 

Spannungsebene, etc.) 

Lösungsansatz: Planungsgemeinschaften; öffentliche Institution als Treuhänder für 

Informationen zu geplanten g p Vorhaben zur Vermeidung g ineffizienten schrittweisen 

Ausbaus 

PNG, Zi / 2012-06 / 33

Exkurs: Lösungsmöglichkeiten – Steuerung 

► Die Errichtung einer Anlage mit einer höheren Leistung als derjenigen, welche als 

netzverträglich ermittelt wurde (z.B. weil die ursprünglich gewünschte Leistung als nicht 

mehr netzverträglich ermittelt wurde) kann wirtschaftlich sinnvoll sein 

► Die dazu erforderlichen Eingriffe (Abregelung der Anlage) ermöglichen die Netzintegration 

von Anlagen z.T. z T ohne volkswirtschaftlich fragwürdigen Netzausbau 

► Unter Verzicht auf Partikularinteressen wird damit zwar das Optimum aus Sicht des 

einzelnen Anlagenbetreibers verfehlt, es finden jedoch eine Annäherung an das 

geforderte gesamtwirtschaftliche Optimum statt 

► Aktivitäten im Versorgungsgebiet der Pfalzwerke: 

Inbetriebnahme von Pilotanlagen f. 2012 geplant. 

Gefördertes Forschungsprojekt unter Beteiligung 

von Hochschulen (TU-Kaiserslautern u.a.) und 

Industrie für 2012/13 in Vorbereitung 

Lösungsansatz: Intelligente Dimensionierung von Anlagen 

(erste Schritte erkennbar – z.B. 70%-Begrenzung gem. §6 EEG) 

3500 

kW 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

P / kW 

(Zählwerte) ( ) 

P / kW 



W / % 

W / % 


W /% 


PNG, Zi / 2012-06 / 34

Exkurs: Drohende Fehlentwicklungen 

► Zur Sicherstellung der Abnahme des Stroms aus regenerativen Energieträgern sind 

Netzbetreiber zum Netzausbau verpflichtet (§9 (1) EEG) 

§9 (3) EEG: “Der Netzbetreiber ist nicht zur Optimierung, zur Verstärkung und zum 

Ausbau seines Netzes verpflichtet, soweit dies wirtschaftlich unzumutbar ist.” 

► Die Clearingstelle EEG hat im Votum 2008/14 als ‘Orientierungsmaßstab’ Orientierungsmaßstab einen Wert 

von 25% der Anlagenerrichtungskosten als Grenze der wirtschaftlichen Zumutbarkeit 

bestätigt 

► Praxis im Haus Pfalzwerke (2011): 

- Vorläufige Ablehnung des Netzausbaus f. den Anschluss v. EEG-Anlagen 

- in 45 Fällen bei ca. 3500 im Jahr 2011 neu ans Netz angeschlossenen Anlagen 

- ddadurch d h nicht i ht ans Netz N t genommene Leistung L i t v. ca. 770kW 

- dadurch vorläufig nicht getätigter Netzausbau ca. 1.500.000€ 

⇒ ca. 2k€/kW Anschlussleistung 

(A (Anm.: entspricht t i ht etwa t 100% des d Kalkulationswerts K lk l ti t pro kW einer i PV PV-Anlage) A l ) 

- Sobald weitere Anschlusspetenten auftreten findet eine Neuberechnung statt – 

ist anhand des neuen Investitionsvolumens ein Netzausbau vertretbar, wird dieser 

getätigt und die ursprüngliche Beschränkung betroffener Anlagen aufgehoben 

PNG, Zi / 2012-06 / 35

Anforderungen an Netze im Rahmen des Ausbaus der ... - Altrip

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