Qualitätskriterien elektrischer Energienetze
Formel
Qualitätskriterien elektrischer Energienetze
Elektrische Energienetze sind Teil der kritischen Infrastruktur eines Landes und von zentraler Bedeutung für viele Bereiche der Wirtschaft und der Lebensqualität der Einwohner.
Versorgungsqualität
Die Versorgungsqualität einer elektrischen Energieversorgung umfasst die Bereiche
- Versorgungszuverlässigkeit: Unter Versorgungszuverlässigkeit versteht man die Gewährleistung der Energielieferung, also das Ausbleiben von Versorgungsunterbrechungen. Wichtige Kennzahlen sind SAIDI, SAIFI und ASIDI
- Spannungsqualität: Unter Spannungsqualität versteht man das Einhalten von den in einem sogenannten Grid Code festgelegen Referenzwertesatzes zu den in der EN 50160 definierten Parameter. Ein Wert der stark in der Verantwortung des Netzbetreibers liegt.
- Stromqualität: Unter Stromqualität versteht man den netzrückwirkungsfreien Betrieb von elektrischen Geräten oder Anlagen. Ein Wert, der stark in der Verantwortung des Geräteherstellers bzw. Gerätebetreibers liegt.
- Frequenzhaltung: Die Frequenzhaltung erfolgt durch die sogenannte Übergabeleistungs-Frequenzregelung und bezieht sich auf die Frequenz der eigenen Regelzone zu Regelzonen des umgebenden UCTE Verbundnetzes
- Servicequalität: Servicequalität, die ein Netzbetreiber seinen Kunden im Geschäftsverkehr liefert, umfasst Aspekte wie Schnelligkeit, Pünktlichkeit, Preistransparenz, Kompetenz, Einhaltung der bilateralen Verträge
Versorgungszuverlässigkeit
Ehe wir uns der Versorgungszuverlässigkeit zuwenden, betrachten wir die Ursachen von Versorgungsunterbrechungen.
Quelle: e-control.at für Österreich – 2015
Ursachen von Versorgungsunterbrechungen
- 48,9% sind geplante Versorgungsunterbrechungen
- 16,96% haben atmosphärische Einwirkungen als Ursache
- 10,77% haben fremdes Einwirken als Ursache
- 14,48% werden durch den Netzbetreiber selbst verursacht
- 7,33% sind durch regional außergewöhnliche Ereignisse verursacht
- 1,56% gehen auf Rückwirkungen anderer Netze zurück
Ursachen menschlichen Fehlverhaltens bei der Bedienung elektrischer Anlagen
- Unachtsamkeit
- Mangelnde Ausbildung
- Schlampigkeit
- Fehlbedienung
- Sabotage
Unter Versorgungszuverlässigkeit versteht man die Gewährleistung der Energielieferung, also das Ausbleiben von Versorgungsunterbrechungen. Wichtige Kennzahlen sind
SAIDI
die durchschnittliche Nichtverfügbarkeit von der Elektrizitätsversorgung pro Kunde, in Minuten
\(SAIDI = \dfrac{{\sum\limits_i {{n_i} \cdot {t_i}} }}{N}\)
mit
- n .. Anzahl der unterbrochenen Kunden je Anlassfall
- t .. Dauer der Unterbrechung je Anlassfall in Minuten
- N .. Gesamtzahl der Kunden
Werte für Österreich – 2015: (Quelle e-control.at)
- SAIDI = 42,31 Minuten für geplante und ungeplante, aber ohne regional außergewöhnliche Ereignisse
- SAIDI = 27,18 Minuten für ungeplante, aber ohne regional außergewöhnliche Ereignisse
- Die Ausfalldauer ist für ländliche Kunden drei Mal so hoch wie für städtische Kunden
SAIFI
die durchschnittliche Häufigkeit von Versorgungsunterbrechungen pro Kunde
\(SAIFI = \dfrac{{\sum\limits_i {{n_i}} }}{N}\)
mit
- n .. Anzahl der unterbrochenen Kunden je Anlassfall
- N .. Gesamtzahl der Kunden
Werte für Österreich – 2015: (Quelle e-control.at)
- SAIFI =0,67 für geplante, ungeplante und mit regional außergewöhnlichen Ereignissen
ASIDI
die durchschnittliche Nichtverfügbarkeit von der Elektrizitätsversorgung, bezogen auf die installierte Nennscheinleistung der Transformatoren, in Minuten
\(ASIDI = \dfrac{{\sum\limits_i {{I_i} \cdot {t_i}} }}{{{L_S}}}\)
mit
- I … unterbrochene Scheinleistung je Anlassfall in kVA
- t .. Dauer der Unterbrechung im Anlassfall in Minuten
- L .. gesamte installierte Scheinleistung in kVA
Werte für Österreich – 2015: (Quelle e-control.at)
- ASIDI = 39,50 Minuten für geplante und ungeplante, aber ohne regional außergewöhnliche Ereignisse
Spannungsqualität
Vom EVU wird dem Haushalt eine Netzspannung von 230/400 V, +/- 10%, mit einer Frequenz von 50 Hz zur Verfügung gestellt. Die EN 50160 definiert eine Reihe an Eigenschaften, die Spannung haben kann. Dazu gehören
- Frequenz
- Flicker, diese umfassen langsame und schnelle Spannungsänderungen
- Spannungsunsymmetrie (Gegen- zu Mitsystem)
- Spannungseinbrüche (Voltage Dips, Short Interruptions, Long Interruptions, Voltage Swells und Transiente Spannungen (Außenleiter gegen Erde)
- Zwischenharmonische Spannungen
- Signalspannungen (Trägerfrequenzanlagen - Rundsteuerung)
- Oberschwingungsspannungen (bis zur 25. / 40. Harmonischen)
Die Einhaltung der Spannungsqualität wir mit sogenannten PQ-Recordern (PQ = Power Quality) aufgezeichnet und anschließend wird mit einer speziellen Software ausgewertet, ob die in einem sogenannten Grid Code vorgegebenen Grenzwerte je Parameter eingehalten wurden.
Frequenzhaltung durch Übergabeleistungs-Frequenzregelung im UCTE Verbundnetz
Die Organisation von Kraftwerksreserven für die Kompensation von unplanbaren Bedarfs- bzw. Erzeugungsschwankungen, wie etwa Kraftwerksausfällen erfolgt gemäß dem nachfolgenden Regelungskonzept:
- Primärregelung PRL (Sekundenreserve – Bewegungsenergie rotierender Massen):
- Trigger ist die Abweichung von der Sollfrequenz um mindestens 20 mHz.
- Bereitstellung von Primärregelleistung (PRL) innerhalb von 30 Sekunden für mindestens 15 Minuten verfügbar.
- Eine „P von f“ Regelung, also ist die Leistungserbringung frequenzabhängig zwischen 49,99 .. 49,8 Hz bzw. 50,01 .. 50,2 Hz, ohne Abruf durch Übertragungsnetzbetreiber.
- Maximale Aktivierung bei Abweichung von 200 mHz. Muss spätestens 30 Sekunden nach dem Trigger erreicht sein und für mindestens 30 Minuten zur Verfügung stehen.
- Erfolgt durch den Einsatz von Turbinenreglern in den Kraftwerken und ohne kraftwerksübergreifende Koordination. Alle Generatoren im gesamten Verbundnetz beteiligen sich solidarisch.
- Vergütet werden keine Arbeitspreise für die anfallenden Energiekosten, sondern nur Leistungspreise für die Bereitstellung der Sekundenreserve, da davon ausgegangen wird, dass sich die ausgetauschten Energiemengen im Mittel für jede Regelzone ausgleicht.
- Die Primärregelung ist nicht in der Lage, die Frequenz auf 50 Hz auszuregeln.
- Über regelzonenübergreifende Übergabeleitungen wird physikalisch Energie in das / aus dem betroffenen Partnernetz transportiert.
- Sekundärregelung SRL (Sekundärreserve) Bereitstellung von (mindestens 5MW)
- Sekundärregelleistung (SRL) innerhalb von 5 Minuten für mindestens 1 Stunde verfügbar, nach Vorgabe durch Leitwarte des Übertragungsnetzbetreibers bzw. dessen Leistungsfrequenzreglers.
- Wird typisch durch Pumpspeicherkraftwerke, Gasturbinen oder virtuelle Kraftwerke (Biogas, Blockheizkraftwerke) erbracht.
- Abruf erfolgt durch kontinuierliche Vorgabe eines Leistungssollwerts durch Regelzonenführer an Kraftwerksbetreiber. In die Vorgabe wird der Leistungsfluss an den Kuppelstellen der Netze und die aktuelle Frequenz mit einbezogen.
- Vergütet werden Leistungspreis und Arbeitspreis
- Ziel ist die kurzfristige Entlastung der Primärregelung. Die gesamte Regelleistung muss binnen 5 Minuten erbracht werden können. Sie löst die Primärregelung ab, damit wird folgendes erreicht:
- nur mehr die betroffenen Regelzone erbringt die Ausgleichsenergie
- die Ausgleichsenergie wird auf die Planwerte zurück geführt
- die Frequenzabweichung kann vollständig ausgeregelt werden.
- Entlastung der Primärregel-Kraftwerke
- Tertiärregelung TRL (Minutenreserve) erfolgt binnen 15 Minuten durch Pumpspeicher- und Gasturbinenkraftwerke.
- Zuschaltung erfolgt nicht automatisch, sondern manuell.
- Sie löst die Sekundärregelung auf Basis einer wirtschaftlichen Optimierung der Erzeugungskosten ab.
- Vergütet wird der Arbeitspreis
- Quartärregelung: Dient zur Rückführung von Fehlern > +/- 20 Sekunden bei Synchronuhren zufolge von Netzfrequenzabweichungen gegenüber der Weltzeit UTC.
Zur Teilnahme an der PRL, SRL, oder TRL muss man sich als Anbieter qualifizieren und über einen Vertrag mit dem jeweiligen Regelzonenführer verfügen. In Österreich erfolgen die Ausschreibungen über das Tendering and Trading System der APG. Das Ausschreibungsvolumen in Österreich beträgt ca. +/- 50 MW für die PRL und +/- 200 MW für die SRL bzw. TRL
Die Vergütung erfolgt nach 2 Kriterien:
- Leistungspreis: Preis für die vertraglich zugesagte Regelleistung, unabhängig davon ob diese abgerufen wurde oder nicht.
- Arbeitspreis: Preis für die tatsächlich abgerufene Energie (als Integral aus der Regelleistung und der Abrufdauer).
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