Ökoeffizienz von Flexibilisierungsmaßnahmen in Energieversorgungsnetzen unter Berücksichtigung der Integration von Windenergie

Macharey, Uwe; Schnettler, Armin

doi:2973

Ökoeffizienz von Flexibilisierungsmaßnahmen in Energieversorgungsnetzen unter Berücksichtigung der Integration von Windenergie = Eco-efficiency of flexibility measures applied to energy supply systems having regard to wind energy integration

Macharey, Uwe (Author)

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Uwe Macharey

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangIII, 160 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-06-29

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-29735
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51358/files/Macharey_Uwe.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Hochspannungstechnik (614210)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Freileitung (Genormte SW) ; Leiterseil (Genormte SW) ; Windenergie (Genormte SW) ; Flexibilisierung (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Freileitungs-Monitoring (frei) ; Hochtemperaturfreileitungsseil (frei) ; Hochtemperaturleiter (frei) ; Erzeugungsmanagement (frei) ; uprating (frei) ; high-temperature conductor (frei) ; overhead line (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Methode zur Bewertung der Ökoeffizienz des Einsatzes von Flexibilisierungsmaßnahmen in elektrischen Energieversorgungssystemen. Der Einsatz dieser Maßnahmen wird unter anderem notwendig, weil die regionale Windenergieeinspeisung die regionale Verbraucherlast zum Teil deutlich übersteigt, so dass der Windstrom aus den Regionen mit überschüssiger Energie exportiert und in lastferne Gebiete transportiert werden muss und weil weder die bestehenden Verteilungsnetze noch das Übertragungsnetz für die heutigen Anforderungen ausgelegt sind. Der erforderliche Netzausbau kann mit der Anschlussrate von Wind-energieanlagen nicht Schritt halten, so dass bereits gegenwärtig Netzengpässe auftreten. Vor diesem Hintergrund werden neben dem Netzausbau andere technische Optionen zur Steigerung der Dynamik von elektrischen Energieversorgungssystemen diskutiert, bei denen teilweise Unsicherheit herrscht, ob sie als Alternative zum Netzausbau anzusehen sind oder ob sie ausschließlich als Übergangslösung dienen können. Bisherige Untersuchungen zur Bewertung alternativer Übertragungstechnologien verfolgten ausschließlich konkrete Vergleiche der Investitionskosten oder der entstehenden Umweltwirkungen vor dem Hintergrund des technischen Übertragungsvermögens. In der vorliegenden Dissertation wird eine abstrakte Methode zur Bewertung der Ökoeffizienz des Einsatzes von Flexibilisierungsmaßnahmen in elektrischen Energieversorgungssystemen entwickelt. Hierzu werden gängige Verfahren der ökologischen und ökonomischen Bewertung unter Berücksichtigung technischer Sachverhalte optimiert, um einen objektiven und abstrakten Vergleich der verschiedenen Maßnahmen und Verfahren zu ermöglichen. Hierbei wird herausgestellt, dass für die ökologische Bewertung nur eine direkte Bewertung von CO2-Emissionen erforderlich ist. Weitere Umweltwirkungen müssen durch eine Umweltverträglichkeitsprüfung projektspezifisch überprüft werden, die Teil eines Planfeststellungsverfahrens ist und in dieser Dissertation über die Realisierungszeit der Maßnahmen als Sensitivität berücksichtigt wird. Bezüglich der monetären Bewertung wird erörtert, dass ausschließlich Kosten, die innerhalb des Bilanzraums direkt durch die Umsetzung der jeweiligen Maßnahme auftreten, bewertet werden. Die Anwendung der Bewertungsmethode wird exemplarisch für ein im Rahmen der Dissertation entwickeltes repräsentatives Modell eines 110 kV-Netzbereichs unter Berücksichtigung der Umset-zung des Freileitungs-Monitorings, des Einsatzes des Hochtemperaturfreileitungsseils ACCR und des Neubaus einer Freileitungstrasse (ausgelegt mit dem Hochtemperaturfreileitungsseil TACSR) vorgestellt. Dabei wird deutlich, dass die Ergebnisse der Ökoeffizienzanalyse maßgeblich durch die einspeisbare Windenergie und durch die Deckung der Verbraucherlast beeinflusst werden. Ver-gleichsweise geringer Einfluss entsteht durch notwendige Investitionen. Die Objektivität des Vergleichs wird gestützt durch eine Sensitivitätsanalyse für die Kategorien Globaler Strommix, Entschädigung für ausgefallene Vergütung, Verbesserung des Erzeugungsma-nagements, Betrachtungszeitraum und Realisierungszeitpunkt. Vor diesem Hintergrund weisen die Ergebnisse der Untersuchungen für drei betrachtete Standorte (windstark, mittel und windschwach) die höchste Ökoeffizienz für den Neubau einer Freileitungstrasse aus.

This dissertation deals with the development of a method to assess the eco-efficiency of flexibility measures applied to the electrical energy supply system. As the regional wind energy feed in exceeds the regional power consumption temporarily even to a high extent, leading to an export of surplus wind power from local grids to the transmission grid and by this to distant areas, and as neither the existing distribution grids nor the transmission grids were set up for today’s requirements, the application of flexibility measures becomes vital. The required grid extension cannot keep pace with the growing share of wind energy feed in, which results in bottlenecks. Thus, other technical options to increase dynamic system operation come into focus as well, even though there remains uncertainty, if they can be an alternative to grid extension or if they merely represent an interim solution. Former investigations concerning the assessment of alternative transmission technologies were limited on the comparison of investment costs or environmental impacts against the background of transmission capability. With this dissertation, an abstract method for assessing the eco-efficiency of flexibility measures in power systems is being developed. Therefore, well known practices of ecological and economical assessment are optimised regarding technical backgrounds as well to offer an objective and abstract comparison of the different measures. In doing so, it is emphasised, that only a direct assessment of CO2-emissions is necessary for ecological assessment. The investigation of other ecological impacts is part of the project specific approval procedure and will be respected as a sensitivity by varying the realisation time of the measures. Regarding monetary aspect, it will be shown, that solely costs have to be assessed, which are generated in the balance room by realising a specific measure. The application of the assessment method will be shown for a representative model of a 110 kV network area considering the implementation of overhead line temperature monitoring, the utilisation of a high temperature overhead line conductor (ACCR) and the network extension by realising a new corridor with TACSR high temperature overhead line conductors. It becomes clear that the eco-efficiency is significantly influ-enced by the possible wind energy feed in and by covering consumer loads. Investments show relatively low impacts on the results. To support the objectivity of the given comparison, a sensitivity analysis is obtained for the categories global power-mix, compensation of omitted incomes of wind energy converters, enhancement of generation management, period under observation and realisation time. Against this background, the results of the exemplary investigations for three assessed locations (strong wind, medium wind, low wind) show the highest eco-efficiency for the grid extension.

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