VL06: Leistungsgebundene Energieversorgung Flashcards
Nenne die grundlegende Charakteristika der Güter Strom und Gas.
Welche speziellen grundlegenden Charakteristika für das Gut Strom gibt es außerdem?
Grundlegende Charakteristika
- Homogenität (“Strom” = “Strom”, “Gas” = “Gas”)
- Leitungsgebundenheit
- Geringe Substituierbarkeit
- Hoher Fixkostenanteil bei Erzeugung und Transport
- Flüsse im Netz nach Kirchhoff’schen Gesetzen (Nichtspezifizierbarkeit des Flusses)
- Auslegung der Betriebsmittel nach der Spitzenlast oder Einspeisespitze
Grundlegende Charakteristika für Strom
- Begrenzte bzw. fehlende Speicherbarkeit
- Erfordernis der jederzeitigen Übereinstimmung zwischen Bereitstellung und Verbrauch
Die deutschen Strom- und Gasnetze sind in ein europaweites Netz eingebunden
Wie heißen die europäischen Strom- und Gasnetzwerk Verbunde?
Wieviele Übertragungsnetzbetreiber (Strom) bzw. Netzbetreiber (Gas) sind Teil der Verbunde?
Strom
- ENTSO-E
- 41 Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB)
Gas
- ENTSO-G
- 45 Fernleitungsnetzbetreiber (FNB)
Zwischen welchen Netzen wird grundsätzlich beim deutschen und europäischen Stromversorgungssystems unterschieden?
Welche Spannung liegt in diesen Netzen an?
Wie sind diese Netze mit einander verknüpft?
(Demnächst) Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsnetz
- Spannung von 525 kV
- Transport über sehr weite Distanzen
Übertragungsnetz
- Höchstspannung: 220 oder 380 kV
- Einspeisung von Kraftwerke
mit: 200 bis 1.600 MW Leistung
–> Atom-KW, Kohle-KW, Gas-KW
–> Offshore Windparks
- Verbraucher: Benachbarte Netze (PL, RE, Stromhandel)
Überregionales Verteilnetz
- Hochspannung: 60 bis 110 kV
- Einspeisung von Kraftwerke mit: ~ 20 bis 200 MW Leistung
–> Kohle-KW, Gas-KW
–> PV- und Windparks
- Verbraucher: Bsp. Großindustrie
Regionales Verteilnetz
- Mittelspannung: 1 bis 60 kV
- Einspeisung von Kraftwerke mit: ~ 0,5 bis 20 MW Leistung
–> Gas-KW
–> Solar- und Windkraft
- Verbraucher: Bsp. Mittlere Industrie
Lokales Verteilnetz
- Niederspannung: 230 oder 400 V
- Einspeisungung < 0,5 MW
–> Nur EE: Solar- und Windkraft, Biomasse
- Verbraucher: Bsp. HH, GHD
Über Transformatoren/Umspannwerke
Übertragungsnetz
1) Art der Spannung?
2) Wer speist ein?
3) Wer nimmt ab?
4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?
Übertragungsnetz
1) Art der Spannung?
- Höchstspannung (220 oder 380 kV)
2) Wer speist ein?
- Kraftwerke mit großer Kraftwerksleistung (~ 200 bis 1.600 MW)
(- Große Kraftwerke (Kohle- , Erdöl-, Erdgas-, Atom-, BM-Kraftwerke))
(- Große Offshore-Windparks)
3) Wer nimmt ab?
- Nachbarnetze
4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?
- Transport über große Strecken
(- Erzeugungsausgleich zwischen Kraftwerken und internationaler Austausch)
Überregionales Verteilnetz
1) Wer speist ein?
2) Art der Spannung?
3) Wer nimmt ab?
(4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?)
Überregionales Verteilnetz
1) Art der Spannung?
- Hochspannung (60 bis 110 kV)
2) Wer speist ein?
- Kraftwerke mit mittlerer Kraftwerksleistung (~ 20 bis 200 MW)
(- Große und mittlere Kraftwerke (Kohle- , Erdöl-, Erdgas-, Atom-, BM-Kraftwerke))
(- Große und mittlere Onshore-Windparks)
(- Wasserkraftwerke)
3) Wer nimmt ab?
- Groß-/Mittlere Industrie
(4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?
- Stadtnahe Verteilung und Versorgung von Ballungszentren und Industriebetrieben)
Regionales Verteilnetz
1) Art der Spannung?
2) Wer speist ein?
3) Wer nimmt ab?
(4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?)
1) Art der Spannung?
- Mittelspannung (1 bis 60 kV)
2) Wer speist ein?
- Kraftwerke mit ~0,5 bis 20 MW
- EE-Anlagen
(Windkraftanlagen, Solarkraftwerke, Wasserkraftwerke, Biomassekraftwerke)
3) Wer nimmt ab?
- Kleinindustrie
(4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?
- Versorgung ländlicher Gebiete mit geringer Lastdichte oder städtischer Gebiete mit hoher Lastdichte und Kleinindustrie)
Lokales Verteilnetz
1) Art der Spannung?
2) Wer speist ein?
3) Wer nimmt ab?
(4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?)
Lokales Verteilnetz
1) Art der Spannung?
- Niederspannung (230 oder 400 V)
2) Wer speist ein?
- Kleine EE-Anlagen im kW-Bereich
3) Wer nimmt ab?
- Kleinindustrie, Gewerbe, Haushalte
(4) Was sind die Kernaufgaben des Netzes?
- Endverteilung an Haushalte, Gewerbe und Kleinindustrie)
Beschreibe die Versorgungskette von Erdgas über Ferngasleitungen.
1) On- und Offshore-Bohrplattformen
2) Speisen in Sammelleitungen ein
3) Erdgasaufbereitung
4) Verdichter (Druckerhöhung)
5) Ferngasleitung (regelmäßige Druckerhöhung in Zwischenverdichtern)
6) Regionaler Transport, ggf. Untertagespeicher
7) Versorgung von Industriekunden und Kraftwerken oder Druckanpassung, ggf. Speicherung (Kugelspeichern) und Verteilnetze, HH und Gewerbe
Beschreibe die Versorgungskette von LNG.
1) On- und Offshore-Bohrplattformen
2) Speisen in Sammelleitungen ein
3) Erdgasaufbereitung
4) Verflüssigungsanlage
(vorher: Gas ∼ 600 m3 bei 15 °C, nachher: LNG ~1 m3 bei -162 °C)
5) LNG-Tanker
6) Entspannung (Regasification) und Speicherung
7) Regionaler Transport
8) Versorgung von Industriekunden und Kraftwerken oder Druckregelung, ggf. Speicherung (Kugelspeicher) sowie anschließende Einspeisung in Verteilnetze oder Abnahme von Gewerbe und Haushalten
Beschreibe die technische Struktur von Gastransportnetzen.
Fernleitungsnetz
Hochdruckleitungen
Mitteldruckleitungen
Niederdruckleitungen
(~ analog zu Stromnetzen)
Beschreibe die Struktur der deutschen Stromnetze.
- 4 Übertragungsnetzbetreiber, die jeweils zuständig für ihre Regelzonen sind
(Tennet, Amprion, Transnet BW, 50 Hertz) und in die ENTSO-E als europäischen Verbund eingebunden sind - ~900 Verteilnetzbetreiber betreiben die Nieder-, Mittel- und/oder Hochspannungsnetze
- Die gesamten Stromnetzkreislängen über alle Spannungsebenen hinweg betragen zwischen 1 und 2 Mio. km.
Beschreibe die Struktur der deutschen Gasnetze.
- 16 Fernleitungsnetzbetreiber, die in die ENTSO-G als
europäischen Verbund eingebunden sind - Seit 2021 gibt es in Deutschland nur noch ein Markgebiet, den Trading Hub Europe
- Ca. 600 Verteilnetzbetreiber betreiben die Nieder-, Mittel- und/oder Hochdrucknetze
- Die gesamten Netzlängen über alle Druckstufen hinweg betragen etwa 500.000 km
Welche Auswirkungen hat die Energiewende und die EU-Binnenmarktintegration auf die Stromnetze?
- Ausbaus von EE + Abschalten von konventioneller Kraftwerke (Kern- und Kohle-KW)
–> Verschiebung von Erzeugungszentren
(Weniger zentralisierte, mehr dezentralisierte Erzeugung, Windkraft: Nord nach Süd)
–> Netzausbaubedarf durch Zunahme der Gesamtkapazität im Übertragungs- und Verteilnetz - Die Stromeinspeisung findet verstärkt auf Verteilnetzebene (durch die EE) und weniger auf Übertragungsnetzebene statt.
–> Rückspeisung in höhere Spannungsebenen teilweise erforderlich (bidirektionale Lastflüsse) –> Umbau Umspannwerke erforderlich - Einspeisung wird volatiler (durch die EE)
(–> Mehr Anforderungen bei Systemdienstleistungen, z. B. Spannungshaltung, Regelleistung/-energie) - Neue Verbraucher (Bsp. E-Autos, H2-Elektrolyse, Power-to-X (Sektorenkopplung)) kommen hinzu –> Verschiebung von Lastzentren
- Der grenzüberschreitende Handel wird weiter ansteigen
Welche Auswirkungen haben die Energiewende auf die Gasnetze?
- Gasverbrauch wird deutlich sinken, wie stark ist abhängig von der Erreichung von Klimaschutzzielen
(Höhe des zukünftigen Erdgasverbrauchs sehr unsicher) - Gasfernleitungsnetz
–> Wasserstoffbeimischung und/oder Umwidmung zu Wasserstoff
–> Separates Wasserstoffnetz wahrscheinlich - Gasverteilnetze
–> Vermehrte Einspeisung von Biogas
–> Refinanzierungsproblematik: Umwidmung weiter Teile und/oder Rückbau denkbar
(Viele Erdgasheizungen werden durch Wärmepumpen ersetzt –> Wenige Kunden von Biogas –> Sehr hohe Netzentgelte)
Was wird in dem Netzentwicklungsplan (NEP) für Strom regelmäßig geplant?
Was passiert sobald dieser Plan steht?
Netzentwicklungsplan (NEP) für Strom
- Wird alle 2 Jahre gemeinsam von den vier Übertragungsnetzbetreiber zsm mit der BNetzA erstellt
- Öffentlichkeit wird im Erstellungsprozess mit eingebunden und kann auch klagen
- Stellt den Um- und Ausbaubedarf im Übertragungsnetz sowie bei den Offshore-Anbindungsleitungen dar
- Basiert auf Szenarien die mit Marktsimulationen erstellt wurden
(- Der Um- und Ausbaubedarf wird unter Berücksichtigung des zukünftigen Strombedarfs, der Integration von EE und des europäischen Strommarktes anhand von Marktsimulationen entwickelt) - Sobald der NEP steht wird der Bundesbedarfsplan (BBP) von der BNetzA aufgestellt und vom Bundesgesetzgeber verabschiedet
Was wird in dem Netzentwicklungsplan (NEP) für Gas regelmäßig geplant?
Alle 2 Jahre wird der Um- und Ausbaubedarf der Gasnetze ermittelt und geplant.
Die Prozesse unterscheiden sich jedoch aktuell noch deutlich (geringere Zeithorizont; keine Klimaschutzszenarien) vom NEP Strom
Welche Auswirkungen hat die Energiewende und die EU- Binnenmarktintegration auf die Verteilnetze (Strom)?
Wo werden die Um- und Ausbaupläne der Verteilnetze festgehalten?
- In den Verteilnetzen ist ein Netzausbau notwendig
Gründe:
- EE-Anlagen speisen hauptsächlich in die Verteilnetze ein (> 90% der PV- und Windanlagen)
(Auswirkung: 1) bidirektionale Lastflüsse, d. h. Rückspeisung in höhere Spannungsebenen → Umbau Transformatoren; 2) Dezentralere Einspeisung) - Neue Verbraucher (Bsp. Elektrolyseure) kommen hinzu
- EU-Binnenmarktintegration → Transnationaler Netzausbau → Grenzüberschreitender Handel und Grenzüberschreitende Bereitstellung von Regelleistung/Regelenergie
NAP (Netzausplan):
- Für die Verteilnetze der NAP (Netzausplan) von Verteilnetzbetreibern der Hochspannungsebene erstellt
(analog zum NEP)
Strom- und Gasnetzverbundunternehmen waren in der Vergangenheit allein in staatlicher bzw. anteilig in staatlicher und privater Eigentümerschaft
Nenne und erkläre die wichtigsten Aspekte der Liberalisierung im Strom- und Gassektor.
Wettbewerb / Deregulierung
- Einführung von Wettbewerb auf den Wertschöpfungsstufen (Erzeugung, Handel, Vertrieb), die dies zulassen (alle außer Netz)
Internationaler Handel
- Schaffung eines Energiebinnenmarkts, d. h. Ermöglichung eines grenzüberschreitenden und diskriminierungsfreien Handels für Strom und Gas
- Energiebinnenmarkt ermöglicht transnationalen Ausbau von Netzen
Privatisierung
- Übertragung der Unternehmen in privates Eigentum
- Betraf alle Bereiche: Netzbetrieb, Groß- und Einzelhandel
Regulierung und Entflechtung (Unbundling)
- Entflechtung (Unbundling): Trennung des Netzes als natürlicher Monopolbereich von vor- und nachgelagerten Wettbewerbsbereichen (Erzeugung, Handel, Vertrieb)
Wann liegt ein Monopol vor?
- Ein Unternehmen ist der einzige Verkäufer eines Produktes
- Produkt hat keine Substitute von anderen Herstellern
- Vorliegen von (Markt-)Eintrittsbarrieren; wichtig für Fortbestand des Monopols; Bsp. eine subadditive Kostenfunktion
(Ein Unternehmen besitzt ein Monopol, wenn das Unternehmen der einzige Verkäufer dieses Produktes ist und das Produkt keine Substitute von anderen Herstellern hat. Ein wichtiger Grund zum Fortbestand des Monopols besteht im Vorliegen von (Markt-)Eintrittsbarrieren.)
Wann liegt ein natürliches Monopol vor?
- Einzelnes monopolistisches Unternehmen
- Kann Güter oder Dienstleistungen immer zu geringeren Kosten anbieten kann, als zwei oder mehr Konkurrenzunternehmen dies könnten.
- (Dies lässt sich durch die Subadditivität der Kostenfunktion beschreiben.)