Systemstabilität für die Zukunft

Systemdienstleistungen gewährleisten eine sichere und stabile Stromversorgung. Da sich die Anforderungen bei der Energiewende stetig verändern, arbeitet die dena daran,

rechtzeitig technisch und ökonomisch sinnvolle Lösungen zu identifizieren.

Systemdienstleistungen

Eine sichere und zuverlässige Stromversorgung wird allgemein erwartet. Was der Endverbraucher normalerweise nicht bemerkt: Dazu sind kontinuierlich Korrekturen im Betrieb erforderlich – in dem Fall spricht man von Systemdienstleistungen.

Systemdienstleistungen laufen regulierend im Hintergrund ab und erfüllen die Funktionen des Überwachens, Ausbalancierens und Reparierens der Energieinfrastruktur.

Auch im Fall von Störungen führen Systemdienstleistungen Werte wie Spannung und Frequenz wieder in den Normalbereich zurück. Während wichtige Anteile bisher primär von konventionellen Kraftwerken erbracht wurden, müssen künftig auch Erzeuger erneuerbarer Energien ihren Beitrag zur Netzstabilität leisten. Zudem ist eine reibungslose Koordination zwischen Netz- und Anlagenbetreibern erforderlich.

Der Innovationsreport Systemdienstleistungen stellt die Entwicklung der Systemdienstleistungen in den letzten drei Jahren vor und benennt den aktuellen Handlungsbedarf, um das Stromnetz zukunftsfähig zu machen.

Wissenswertes zum Betrieb der Stromnetze

Um eine hohe Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit bei Stromübertragung und -verteilung zu gewährleisten, arbeiten die Netzbetreiber fortlaufend daran, Frequenz, Spannung und Belastung der Netzbetriebsmittel innerhalb der zulässigen Grenzwerte zu halten bzw. nach Störungen wieder in den Normalbereich zurückzuführen. Diese für die Funktionstüchtigkeit der Stromversorgung unbedingt erforderlichen Leistungen werden als Systemdienstleistungen bezeichnet. Man unterscheidet vier Systemdienstleistungen: Betriebsführung, Frequenzhaltung, Spannungshaltung und Versorgungswiederaufbau.

Betriebsführung: Bei der Betriebsführung haben die Netzbetreiber die Aufgabe, einen sicheren Netzbetrieb zu organisieren und das Stromnetz einschließlich der Erzeugung und (in bedingtem Umfang) der Last kontinuierlich bezüglich Grenzwertverletzungen (z. B. Stromflussüberlastungen) zu überwachen und zu steuern.

Frequenzhaltung: Die Frequenzhaltung erfolgt durch die Übertragungsnetzbetreiber. Sie hat die Aufgabe, Stromerzeugung und -verbrauch jederzeit exakt im Gleichgewicht zu halten und ist unabdingbare Voraussetzung für einen stabilen Netzbetrieb. Dafür nutzen die Übertragungsnetzbetreiber die (bisher) systeminherente Eigenschaft Momentanreserve und beschaffen sich Regelenergie über Ausschreibungen.

Spannungshaltung: In Verbindung mit der Spannungshaltung haben die Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber die Aufgabe, in ihrem jeweiligen Netzgebiet die Netzspannung in einem hinsichtlich der Spannungsqualität zulässigen Band zu halten. Ein wesentlicher Faktor für die Spannungshaltung ist die Blindleistungsbereitstellung aus Erzeugungsanlagen und Netzbetriebsmitteln.

Versorgungswiederaufbau: Bei einem großflächigen Stromausfall müssen die Übertragungsnetzbetreiber zusammen mit den Verteilnetzbetreibern in der Lage sein, innerhalb kürzester Zeit die Versorgung mit elektrischer Energie wieder herzustellen. Notwendige Maßnahmen und Strategien hierfür sind in der Systemdienstleistung Versorgungswiederaufbau gebündelt.

Für die Erbringung der vier Systemdienstleistungen haben die Netzbetreiber eine Vielzahl von Prozessen etabliert und nutzen Systemdienstleistungsprodukte. Diese Produkte werden aus Betriebsmitteln der Netzbetreiber bereitgestellt, aber auch von Netznutzern, d. h. durch Erzeugungsanlangen oder flexible Lasten.

Die Verwendung des Begriffs „Produkt“ meint nicht zwangsläufig, dass eine Vergütung stattfindet bzw. stattfinden sollte. Das bekannteste Systemdienstleistungsprodukt, die Regelleistung, wird beispielsweise vergütet. Blindleistung hingegen wird basierend auf Vorgaben in den technischen Anschlussbedingungen heute ohne Ver-gütung bereitgestellt.

Die Betriebsführung liegt im Verantwortungsbereich des jeweils zuständigen Netzbetreibers, der dabei notwendige Vorgaben der jeweils vorgelagerten Netzbetreiber berücksichtigten muss. Die übergeordnete Verantwortung für die Systemstabilität liegt bei den Übertragungsnetzbetreibern, die dabei auch die Koordination mit den anderen am europäischen Stromverbundnetz beteiligten Übertragungsnetzbetreiber übernehmen.

Die Frequenzhaltung erfolgt durch die Übertragungsnetzbetreiber, indem zwischen Stromerzeugung und -verbrauch ein Gleichgewicht gehalten wird.

In Verbindung mit der Spannungshaltung haben die Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber die Aufgabe, in ihrem jeweiligen Netzgebiet die Netzspannung in einem hinsichtlich Spannungsqualität zulässigen Band zu halten. Dies geschieht für die jeweils eigene Netzebene unter Beachtung der Anforderungen in vor- und nachgelagerten Netzebenen.

Bei einem großflächigen Stromausfall müssen die Übertragungsnetzbetreiber unter Mitwirkung der Verteilnetzbetreiber in der Lage sein, innerhalb kürzester Zeit die Versorgung mit elektrischer Energie wieder herzustellen (Systemdienstleistung Versorgungswiederaufbau).

Der Ausbau der erneuerbaren Energien, insbesondere von Photovoltaik- und Windenergieanlagen, führt zu veränderten Anforderungen im Stromversorgungssystem. Stark wechselnde Lastflusssituationen sowie die steigenden Entfernungen für den Stromtransport verändern den Bedarf an und die Möglichkeiten zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen und stellen neue Anforderungen an die Betriebsführung der Stromnetze. Gleichzeitig gehen die Einsatzzeiten konventioneller Kraftwerke zurück. Sie können somit in Zukunft immer seltener für die Erbringung von Systemdienstleistungen zur Verfügung stehen.

Durch Speicher und auf Seiten der Erzeuger entsteht mehr Flexibilität und dadurch neue Chancen für die Netzführung. Sollten im Zuge der Energiewende die Anzahl von Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen stark ansteigen, müssen diese neuen Lasten intelligent in die Stromnetze integriert werden.

Trotz dieser Veränderungen im Stromsystem, muss die Erbringung von Systemdienstleistungen sicher, zuverlässig und wirtschaftlich tragbar erfolgen. Hierfür müssen die Fähigkeiten neuer Akteure genutzt und bestehende Regularien weiterentwickelt und angepasst werden.

Unsere Videos

Innovationsbarometer

Die Energiewende verändert die Anforderungen an die Stromversorgung. Damit diese sicher und zuverlässig bleibt, wird die Erbringung der Systemdienstleistungen fortwährend weiterentwickelt. Das Innovationsbarometer zeigt den Stand dieser Entwicklung.

Umfeldanalyse für Forschungsprojekte im Themenfeld Systemdienstleistungen

Die Umfeldanalyse (Stand Oktober 2017) verweist auf 95 Projekte und Analysen im Themenfeld Systemdienstleistung und gibt weiterführende Links.

Unsere Publikationen

Artikel

Warum sich Netzbetreiber und Energieerzeuger „blind“ verstehen – und was die dena damit zu tun hat

Die Netzbetreiber stellen mithilfe von Blindleistung und anderen Systemdienstleistungen sicher, dass Spannung und Frequenz im Stromnetz stabil bleiben. Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien werden diese Leistungen immer wichtiger. Wie sollen sie künftig gestaltet sein? Wer erbringt sie? Unter welchen Bedingungen? Um Fragen wie diese zu klären, hat die dena die Plattform Systemdienstleistungen initiiert.

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Plattform Systemdienstleistungen

Erneuerbare Energien, Speicher und andere alternative Erbringer von Systemdienstleistungen können und müssen zukünftig mehr zur Sicherheit und Stabilität des Stromsystems beitragen. Um die notwendigen Rahmenbedingungen hierfür effizient und rechtzeitig zu schaffen, bündelt die dena-Plattform Systemdienstleistungen Ergebnisse der verschiedenen Einzelaktivitäten im Themenfeld zukünftiger Systembetriebe, benennt offene Handlungsfelder und befördert den Austausch zwischen Experten sowie die Kommunikation an die interessierte Fachöffentlichkeit.

Überblick

  • Projektlaufzeit: September 2014 bis September 2020
  • Partner der Plattform: 22 Unternehmen aus verschiedenen Branchen (Netzbetreiber, Energieversorger, Anlagenbauer) sowie Politik und Verbände

Systemdienstleistungen 2030

Systemdienstleistungen werden für eine sichere und stabile Stromversorgung benötigt. Die Studie analysiert und bewertet technologische Alternativen für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen in einem Energiesystem mit hohem Anteil erneuerbare Energien.

Überblick

  • Veröffentlichung: Februar 2014
  • Partner der Studie: 16 Unternehmen
  • Bearbeiter: dena, Technische Universität Dortmund/ ef. Ruhr GmbH