Intelligente Ortsnetzstation als Alternative zum ... - PowerBuilding
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<strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
<strong>als</strong> <strong>Alternative</strong> <strong>zum</strong> Netzausbau<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
<strong>PowerBuilding</strong> & DataCenter Convention 2013<br />
Dr. Thomas Weber<br />
Leiter Netzplanung Deutschland, Schneider Electric<br />
Simon Ryser<br />
Sales Manager Power Schweiz, Schneider Electric
Agenda<br />
Simon Ryser<br />
• Schweiz vor Veränderungen in Strommix und Netzbetrieb<br />
• Vorhandene Technologien schon heute einsetzen<br />
• Ein lehrreicher Blick nach Deutschland<br />
Dr. Thomas Weber<br />
• Smart Grids: Funktion und eingesetzte Technologien<br />
• Netzverträglichkeit von Photovoltaik-Anlagen<br />
• Fokus Technologie 1: Der regelbare Ortsnetztransformator<br />
• Fokus Technologie 2: Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong> „Smart Kiosk“<br />
• Pilotprojekte: Technologie im Praxistest<br />
• Ausblick<br />
<strong>PowerBuilding</strong> & DataCenter Convention | Zürich 28. 05. 2013 <strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong> <strong>als</strong> <strong>Alternative</strong> <strong>zum</strong> Netzausbau<br />
Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Strommix Schweiz und Deutschland<br />
Unterschiedliche Bedeutung von Wasserkraft und anderen Erneuerbaren<br />
Schweiz<br />
● 57% Wasserkaft<br />
● 2% andere Erneuerbare<br />
● davon 0.1% PV<br />
Deutschland<br />
●3% Wasserkraft<br />
●19% andere Erneuerbare<br />
●davon 5% PV<br />
Die Schweiz verfügt derzeit über einen<br />
gut zu steuernden Energiemix >99%<br />
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Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die Schweiz vor Veränderungen<br />
Drei Szenarien des Zubaus erneuerbarer Energien gemäss VSE:<br />
32 TWh<br />
23 TWh<br />
13 TWh<br />
Geothermie Wind Photovoltaik Biomasse Wasserkraft<br />
Quelle VSE-Studie „Wege in die neue Stromzukunft“, 2012<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die Schweiz vor Veränderungen<br />
Heute bekannter Zubau von erneuerbaren Energiequellen:<br />
In MWh 2011 in Betrieb 2013 beantragt<br />
Wind 48´962 2´139´200<br />
PV 122`817 1´053´130<br />
Total 171´779 3´192´330<br />
im Genehmigungsstau:<br />
20x<br />
ca.<br />
mehr Wind und Sonne<br />
Quelle VSE-Studie „Wege in die neue Stromzukunft“; 2012, Swissolar.ch, Zahlen, Daten, Fakten<br />
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Herausforderung Netzbetrieb<br />
Verschiedene Faktoren beeinflussen Stabilität und Zuverlässigkeit<br />
Energiestrategie 2050<br />
Integration schwierig zu<br />
steuernder Energien<br />
Kosten Netzausbau<br />
Stabilität und<br />
Zuverlässigkeit<br />
des Netzbetriebes<br />
Genehmigung<br />
Netzausbau<br />
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Schlüsselaussage<br />
Die Steuerung des Stromnetzes wird komplexer<br />
Schauen wir nach Deutschland:<br />
Probleme und Kosten für den dortigen<br />
Netzbetrieb sind bekannt<br />
Ziehen wir Konsequenzen für die Schweiz:<br />
Nutzen wir die nächsten 5-10 Jahre bis zur<br />
signifikanten Veränderung des Strommixes<br />
Trainieren wir für die Zukunft<br />
Nutzen wir die Lösungen von heute,<br />
um Erfahrungen für morgen zu sammeln<br />
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Aus bisherigen klassischen Netzen …<br />
Zentrale<br />
Erzeugung<br />
Privatkunden<br />
Industrie<br />
Bürogebäude<br />
Datacenter<br />
Übertragung<br />
Verteilung<br />
Verwaltung und Industrie<br />
• Zentrale Erzeugung auf Basis der Verbrauchsanforderungen<br />
• Top-Down Energiefluss<br />
• Erzeugungs-/ Verbrauchs-Ausgleich in integrierten EVU<br />
• Passive Verbraucher<br />
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… werden Smart Grids mit aktiven<br />
Energiemanagementlösungen<br />
Zentrale<br />
Erzeugung<br />
Leistungsfluss<br />
Leistungsfluss<br />
Industrie<br />
Privatkunden<br />
Bürogebäude<br />
Elektroautos und<br />
Energiespeicher<br />
Verbrauchs-/Erzeugungsmanagement:<br />
Energieeffizienz<br />
Visualisierung der Prozesse<br />
Regelung und Optimierung<br />
Datencenter<br />
Kommunikation<br />
und Software<br />
der Smart Grids<br />
Übertragung<br />
EEG<br />
Kraftwerke<br />
> 1MW<br />
Verteilung<br />
• Neue Energiequellen aus Erneuerbaren Energien<br />
• Echtzeitmanagement, Netzautomatisierung<br />
• Micro Grids<br />
• Neue Rollen / Neue Rollenverteilung<br />
• Optimiertes Energiemanagement in allen Ebenen<br />
Verwaltung und Industrie<br />
Dezentrale<br />
verteilte<br />
Erzeugung<br />
Technologien für das Smart Grid<br />
Portfolio der Zukunft<br />
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EEG-Ausbau + Reaktionen (I)<br />
●<br />
●<br />
Hintergrund<br />
● bedeutender Anteil an der Stromerzeugung durch Windenergie (WEA)<br />
● unzureichende Beteiligung der WEA an der Frequenzhaltung<br />
● erschwerte Spannungshaltung im Netz durch Verdrängung<br />
konventioneller Kraftwerke durch WEA und damit unzureichender<br />
Blindleistungsbereitstellung<br />
● erschwerte Aufrechterhaltung der Netzstabilität durch großflächige<br />
Abschaltung von WEA bei Netzfehlern<br />
Ziel<br />
● Erhöhung der Netzstabilität und Netzzuverlässigkeit durch Anpassen<br />
des Systemverhaltens an konventionelle Kraftwerkseigenschaften für<br />
Windenergieanlagen und –parks an Mittel- und Hochspannung<br />
Auch für: Photovoltaik-Parks an Mittel- und Hochspannung<br />
Auch für: Verbrennungskraftmaschinen<br />
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EEG-Ausbau + Reaktionen (II)<br />
●<br />
Systemdienstleistungsverordnung Wind SDLWindV<br />
● Anreizregulierung zur Erfüllung von<br />
Kraftwerkseigenschaften<br />
● Verweis auf Transmission Code<br />
und BDEW-Mittelspannungsrichtlinie<br />
● Transmission Code 2007<br />
● Verweis auf VDN-Leitfaden<br />
„EEG-Erzeugungsanlagen am<br />
Hoch- und Höchstspannungsnetz“<br />
●<br />
BDEW – Mittelspannungsrichtlinie<br />
● Nachweis der Konformität durch Zertifikate<br />
●<br />
FGW Technische Richtlinie TR8<br />
● Vorgehensweise bei der Berechnung<br />
●<br />
VDE 4105 - Anwendungsrichtlinie<br />
● Mindestanforderungen für Erzeugungsanlagen am NS-Netz<br />
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Herausforderung Niederspannung<br />
● Problemstellung<br />
●Integration von PV-Anlagen in NS-Netze<br />
●Spannungshaltungsprobleme<br />
●Investitionen „on demand“<br />
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Netzverträglichkeit von PV-Anlagen<br />
Normen und Richtlinien<br />
VDE-Anwendungsrichtlinie 4105<br />
„Anschluss und Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen<br />
am Niederspannungsnetz“<br />
● Spannungsänderung < 3 %<br />
● Regeleigenschaften der Einspeiser<br />
Normen: EN 50160 + IEC 60038<br />
Normspannungen und Spannungsbereiche<br />
=> 360 V < U b < 440 V (400 V 10 %)<br />
bdew-Richtlinie<br />
„Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz“<br />
● Spannungsänderung, Spannungsstützung<br />
● Wirk- und Blindleistungsregelung<br />
● Kurzschlussströme<br />
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Anschluss PVA - Überblick<br />
Anteile der Spannungsanhebungen<br />
MSP-Netz<br />
NSP-Netz<br />
PVA<br />
I erz<br />
110 %<br />
U ges<br />
100 %<br />
U/U n<br />
90 %<br />
U Netz U Trafo U Leitung<br />
U ges<br />
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Netzverträglichkeit von PV-Anlagen<br />
Berechnungsbeispiel:<br />
Anschluss einer Anlage mit 45 kW p<br />
an ein Niederspannungsortsnetz<br />
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Niederspannungsortsnetz<br />
Untersuchter Netzausschnitt<br />
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Basisberechnung:<br />
Schwachlast ohne Einspeiser<br />
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Istzustand: vorhandene Anlagen<br />
Bewertung ΔU nach BDEW<br />
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Sollzustand: Ist + neue Anlage 45 kWp<br />
Spannungsverteilung im Netz<br />
zulässig<br />
nicht zulässig<br />
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Leistungsbegrenzung auf 11,5 kW<br />
Spannungsverteilung im Netz<br />
zulässig<br />
nicht zulässig<br />
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Massnahme:<br />
Spannungsabsenkung (Prinzip)<br />
MSP-Netz<br />
NSP-Netz<br />
PVA<br />
I erz<br />
110 %<br />
%<br />
U ges<br />
Absenkung<br />
100 %<br />
U/U n<br />
U ges<br />
90 %<br />
U Netz U Trafo U Leitung<br />
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Massnahme:<br />
Spannungsabsenkung um 2 x 2,5 %<br />
zulässig<br />
nicht zulässig<br />
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Massnahme:<br />
Netzausbau (Kabel/Freileitung)<br />
MSP-Netz<br />
NSP-Netz<br />
Netzausbau<br />
PVA<br />
I erz<br />
110 %<br />
U ges<br />
100 %<br />
U/U n<br />
U Netz U Trafo U Leitung<br />
90 %<br />
U ges<br />
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Sollzustand inkl. Massnahme:<br />
beantragte Anlage 45 kW + Netzausbau<br />
zulässig<br />
nicht zulässig<br />
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Massnahme:<br />
Anschluss an geändertem VP<br />
zulässig<br />
nicht zulässig<br />
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Massnahme:<br />
Direktanschluss<br />
zulässig<br />
nicht zulässig<br />
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Anwendungsbeispiel<br />
regelbarer Ortsnetztransformator<br />
●<br />
Erhöhung des Potenti<strong>als</strong> durch Entkupplung<br />
MSP-Netz vom NSP-Netz<br />
MSP-Netz<br />
regelbarer<br />
ON-Trafo<br />
NSP-Netz<br />
PVA<br />
+/- 2,5%/Stufe<br />
110%<br />
du max. 7%<br />
103%<br />
100%<br />
97%<br />
90%<br />
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Anwendungsbeispiel<br />
regelbarer Ortsnetztransformator<br />
●<br />
Installierte Leistungen in kWp<br />
17 kW<br />
20 kW<br />
30 kW 30 kW<br />
15 kW<br />
10 kW<br />
A<br />
30 kW<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Anwendungsbeispiel<br />
regelbarer Ortsnetztransformator<br />
●<br />
●<br />
Installierte Leistungen in kWp<br />
A möchte zusätzlich 30kWp<br />
installieren<br />
● verfügbare Reserve max.<br />
13kWp (cos φ = 0,9)<br />
● danach im gesamten NSP-<br />
Netz kein Anschluss mehr<br />
möglich<br />
17 kW<br />
20 kW<br />
30 kW 30 kW<br />
15 kW<br />
10 kW / 13 kW<br />
A<br />
30 kW<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Anwendungsbeispiel<br />
regelbarer Ortsnetztransformator<br />
●<br />
●<br />
●<br />
Installierte Leistungen in kWp<br />
A möchte zusätzlich 30kWp<br />
installieren<br />
● verfügbare Reserve max.<br />
17 kW<br />
13kWp (cos φ = 0,9)<br />
● danach im gesamten NSP-<br />
Netz kein Anschluss mehr 20 kW<br />
möglich<br />
Einsatz eines regelbaren<br />
34 kW<br />
Ortnetztrafos<br />
15 kW / 62 kW<br />
30 kW / 40 kW<br />
● verfügbare Reserven<br />
cos φ = 0,9<br />
10 kW / 13 kW / 79 kW 30 kW / 62 kW<br />
A<br />
85 kW 30 kW / 62 kW<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Herausforderung Niederspannung<br />
● Lösungen<br />
●<strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong> „SMART KIOSK“<br />
●Stufbarer Ortsnetztransformator RONT<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Übersichts-Schaltbild<br />
Alle Funktionen sind in einer Standard-Kompaktstation untergebracht<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Stand 2012: 630-kVA-Stationen<br />
FBX C-C-T2 mit Motorantrieb<br />
Easergy T200i (Fernsteuereinheit)<br />
Easergy Flair 200C (Netzsteuerungseinheit)<br />
Nicht-begehbare Station<br />
für Transformatoren bis zu 630 kVA<br />
Regelbarer 630 kVA Transformator<br />
Erste Generation (RONT)<br />
Niederspannung mit Leistungsschalter<br />
Spannungsregelung<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Spannungsregelung in der <strong>Ortsnetzstation</strong> mit RONT<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
RONT II - Transformator der 2. Generation<br />
● Hermetiktrafo<br />
● 630 kVA<br />
● Übersetzung<br />
21 kV / 0,42kV<br />
● Laststufenschalter<br />
GRIDCON iTAP<br />
● 9 Stufen a 2,5%<br />
● Dauer einer Stufung:<br />
ca. 2s<br />
● Max Anzahl Schaltungen:<br />
ca. 700.000<br />
Regelbarer 630 kVA Transformator<br />
Aufbau Leistungsteil<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Stand 2013: Stationen bis 2500 kVA für den EEG-Betrieb<br />
FBX C-C-T2 mit Motorantrieb<br />
Easergy T200i (Fernsteuereinheit)<br />
Easergy Flair 200C<br />
(Netzsteuerungseinheit)<br />
NS-Messeinrichtung<br />
Electronisch regelbarer 630 kVA<br />
Transformator (M-RONT)<br />
“neue Generation”<br />
Neue Systemlösung für EEG NS-Anschluss<br />
Nicht-begehbare Station<br />
für Transformatoren bis zu 2500 kVA<br />
NS-Einheit mit Leistungsschalter<br />
für EEG Netzanschlüsse<br />
Spannungsregelung<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Konzept 2: MRONT - Magnetische Regelung (MagTech)<br />
M-RONT 1te Generation<br />
• US-seitige Regelung<br />
• stufenlos<br />
M-RONT 2te Generation<br />
• wartungsfrei<br />
• verlustreduziert<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Mittelspannungsteil<br />
●<br />
●<br />
3-Feldrige Schaltanlage FBX, C-C-T1 mit<br />
Motorantrieben in den Kabelfeldern.<br />
Linksseitig Anbaufeld für Fernwirkeinheit<br />
●<br />
●<br />
●<br />
Fernwirkunterstation T200I<br />
Fernüberwachung Flair 200C<br />
Kurzschlussanzeiger Flair 2xG<br />
Die Steuer- und Fernwirkkomponenten sind im Mittelspannungsteil<br />
untergebracht<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
39
Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Niederspannungsteil<br />
● 8 Niederspannungsabgänge +<br />
4 Reserveabgänge<br />
● Steuerschrank für den Motorantrieb<br />
des Stufenschalters<br />
● Messgerät PowerLogic PM850<br />
Der Installationsort der einzelnen Komponenten ist nicht zwingend<br />
vorgegeben<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
40
Die intelligente <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
Kommunikationsstruktur<br />
Ethernet<br />
IEC 60870-5-101/GSM/Funk<br />
Netzleitstelle<br />
IEC 60870-5-101 (104)<br />
Modbus RS 485<br />
Internet<br />
Betriebsführungsund<br />
Serviceleitstelle<br />
IEC 60870-5-101 (104)<br />
Netzführungssystem<br />
Die <strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong> versorgt das Netzleitsystem mit<br />
Informationen aus dem gesamten Verteilnetz<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
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<strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
E.ON Mitte<br />
• Kunde: E.ON Mitte<br />
• Standort: Borgentreich-Körbecke,<br />
Landkreis Höxter<br />
• Lösung: <strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
mit mechanisch regelbarem<br />
Ortsnetztransformator der ersten<br />
Generation.<br />
• 630-kVA-Standard-Hermetik-<br />
Öltransformator<br />
• Nennspannung: 21/0,42 kV<br />
• Oberspannungsseitig regelbarer<br />
Lastschalter <strong>als</strong> neunstufige<br />
Einheit mit Stufen à 2,5 %<br />
(Regelbereich -5 % bis +12,5 %)<br />
• Senkrecht eingebauter<br />
Stufenschalter<br />
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Weber/Ryser<br />
Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
42
Regelbare Ortsnetzstransformatoren<br />
E.ON Bayern<br />
• Kunde: E.ON Bayern<br />
• Lösung: Mechanisch regelbare<br />
Ortsnetztransformatoren der ersten<br />
und zweiten Generation.<br />
• 630-kVA-Standard-Hermetik-<br />
Öltransformator<br />
• Nennspannung: 21/0,42 kV<br />
• oberspannungsseitiger<br />
Regelbereich unter Last in 9, 7<br />
oder 5 Stufen (z. B. in 2,5 %<br />
Schritten von -5 % .... +12,5 %)<br />
• Erste Generation: Senkrecht<br />
eingebauter Stufenschalter<br />
• Zweite Generation: Waagerecht<br />
eingebauter Stufenschalter MR<br />
iTAP<br />
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Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
43
<strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
NEW Netz GmbH<br />
• Kunde: NEW Netz GmbH<br />
• Starttermin: KW 9, 2013<br />
• Lösung: <strong>Intelligente</strong> <strong>Ortsnetzstation</strong><br />
mit mechanisch regelbarem<br />
Ortsnetztransformator der zweiten<br />
Generation.<br />
• 630-kVA-Standard-Hermetik-<br />
Öltransformator<br />
• Nennspannung: 21/0,42 kV<br />
• oberspannungsseitiger<br />
Regelbereich unter Last in 9, 7<br />
oder 5 Stufen (z. B. in 2,5 %<br />
Schritten von -5 % .... +12,5 %)<br />
• Waagerecht eingebauter<br />
Stufenschalter MR iTAP<br />
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Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
44
…. zu guter Letzt …<br />
● Zusammenfassung<br />
● Ausblick<br />
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Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
45
Einflussmöglichkeiten<br />
eines Regionalversorgers<br />
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Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
46
Unterstützung durch uns .. (Auswahl)<br />
UW komplett<br />
von A bis Z<br />
Anlagen-<br />
Zertifikat<br />
Standard +<br />
SDL-Station<br />
Ausbauplanung<br />
RONT<br />
MRONT<br />
<strong>Intelligente</strong><br />
ONST<br />
Prüfung<br />
PV an NS<br />
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Vorteile für Betreiber und Erzeuger schaffen<br />
47
Ausblick<br />
● Integration regenerativer Erzeuger<br />
●Gemeinsame Aufgabe von<br />
Netzbetreibern und Kraftwerksbetreibern<br />
●Einheitenzertifizierung / Anlagenzertifizierung<br />
<strong>zum</strong> Nachweis der geforderten Eigenschaften<br />
● Auswirkungen auf die Netze<br />
●Ausbau der Mittelspannungsnetze<br />
●Einsatz von regelbaren Transformatoren MS/NS<br />
●Ausbau der Niederspannungsnetze<br />
● Weitere Anforderungen<br />
●Optimierung der Netze<br />
●Einsatz geeigneter Regelungen im NS-Netz<br />
●Geeignete Sekundärtechnik<br />
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48
Make the most of your energy
Kontakt<br />
Simon Ryser<br />
Schneider Electric Schweiz<br />
Sales Manager Power<br />
Dr. Thomas Weber<br />
Schneider Electric Energy GmbH<br />
Service Deutschland<br />
Leiter Netzplanung<br />
Schermenwaldstrasse 11,<br />
3063 Ittigen<br />
+41 (0)31 917 33 69<br />
simon.ryser@schneider-electric.com<br />
Lyoner Straße 44-48<br />
D - 60528 Frankfurt / Main<br />
+49 (0)69 6632 1237<br />
thomas.weber@schneider-electric.com<br />
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