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Mehr Systemverantwortung für Verteilnetzbetreiber

Artikel von Michael Wübbels, erschienen im Solarzeitalter 04/2017

Auf der Verteilnetzebene sind 97 Prozent der Erneuerbaren Energien (Wind, Photovoltaik, Biomasse) angeschlossen. Fast 40 Prozent der deutschen Stromproduktion wird heute über die Verteilnetze in das Gesamtstromnetz eingespeist, Tendenz steigend. Insgesamt werden auf 1,7 Millionen Kilometern Verteilnetz über 50,5 Millionen Anschlüsse nahezu alle Privathaushalte, Gewerbe und Industrieun-ternehmen versorgt. Auf der Ebene der Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) gibt es – zum Vergleich – circa 550 Anschlüsse.

Die Stromautobahnen in Deutschland sind überlastet, der Ausbau kommt nur schleppend voran. Immer wieder müssen Übertragungsnetzbetreiber erklären, dass sich die Fertigstellung von Stromautobahnen verschiebt. Experten gehen mittlerweile davon aus, dass die Stromtrassen vermutlich nicht vor 2030 fertig werden. Obwohl der Gesetzgeber den ÜNB mit einer Vielzahl von Gesetzen den roten Teppich ausgerollt hat, werden die Trassen im Vergleich zu ursprünglichen Zeitprognosen nicht planmäßig fertig.

Von der Politik wird demgegenüber nicht ausreichend wahrgenommen, dass der Ausbau der Verteil-netze, also der Landstraßen, Kreisstraßen und Gemeindestraßen kontinuierlich gut vorankommt und es mit dem Einsatz von Informationstechnologie schon jetzt möglich ist, die verstopften Stromautobahnen zu entlasten. Gemeinsames Ziel muss es daher sein, weitere Staus auf den Stromautobahnen zu vermeiden. Diese Staus werden derzeit durch Redispatch und Einspeisemanagement aufgelöst. Das ist kostenintensiv: Bürger und Wirtschaft tragen diese Kosten von mittlerweile rund einer Milliarde Euro über ihre Stromrechnung.

Eine Lösung zur Reduzierung dieser Kosten liegt in den Verteilnetzen vor Ort: Sie können einen Teil des Erneuerbaren Stroms in größeren Regionen bereits vor Ort verteilen oder dezentral speichern. Wenn in den nächsten Jahren erheblich mehr Elektromobilität hinzukommt sowie Mieterstrommodelle oder neue Strom-Wärme-Konzepte, wird die Verantwortung der Verteilnetze für das System noch bedeutender.

Dies hat auch die EU-Kommission in ihrem aktuellen „Clean Energy Package“ erkannt – sie betont darin ausdrücklich die zukünftige Rolle der Verteilnetzbetreiber (VNB) als Ermöglicher eines dezentralen und nachhaltigen Energiesystems. Die Aufgaben für VNB werden dabei durch dezentrale Einspeisungen, aktive Endkunden und neue Speichermöglichkeiten sowie damit verbundenem steigendenden Datenmanagement immer komplexer.

Die wichtigste Aufgabe von Verteilnetzen ist die Garantie von Netzsicherheit und Systemstabilität. Das heißt: Strom muss zu jeder Sekunde eines Tages verfügbar sein – egal wie hoch die Schwankungen von Stromeinspeisung und Verbrauch sind – und in der entsprechenden Qualität (Spannung und Frequenz) durch das Netz fließen.

Die Zuständigkeiten für jede Netzebene, also für alle Straßen und Wege, sind klar. Jeder Netzbetreiber ist dafür verantwortlich, sein Netz ausgeglichen und stabil zu betreiben. Zwischen den Netzebenen bestehen Wechselwirkungen. Ein adäquater Austausch von Information und Daten der Netzebenen untereinander ist sichergestellt, u.a. durch Rechtsverordnungen. Dieser über Netzebenen kaskadierte Datenaustausch funktioniert, wird technisch ständig erweitert und verfeinert.

Neue Aufgaben für die Verteilnetzbetreiber

Die Veränderungen haben zu neuen Herausforderungen und Aufgaben für die VNB geführt. Aufgrund der Volatilität der EE-Erzeugung sind Strom-Verteilnetze heute sowohl „Versorgungs-“ als auch „Ent-sorgungsnetze“; im Extremfall wechseln die Lastflussrichtungen sogar mehrfach am Tag. Zur Sicher-stellung des Netzbetriebs verlegen die Verteilnetzbetreiber heute regelmäßig mehr Kupfer und inves-tieren zunehmend in neue Netztechnologien.

Gleichzeitig steht den VNB neben den EE-Anlagen auch mit neuen steuerbaren Lasten, z.B. in Form von Elektromobilität oder Speichern, mehr Flexibilität im Verteilnetz zur Erfüllung ihrer gesetzlichen Aufgaben zur Verfügung. Dazu gibt es bereits hinreichende Studien, die die Relevanz von Flexibilität im Verteilnetz herausgearbeitet haben. Hierfür müssen die Verteilnetze zu intelligenten, aktiven Netzen (sog. „Smart Grids“) weiterentwickelt werden. Ein vom Verband kommunaler Unternehmer (VKU) beauftragtes Gutachten zur neuen Qualität der Zusammenarbeit von Netzbetreibern zeigt, dass die wachsenden Herausforderungen für die VNB insbesondere in den Aufgaben „Sicherer Netzbetrieb“ und „Beiträge zur Systemstabilität“ liegen.

Im Rahmen des sicheren Netzbetriebs müssen die VNB zunehmend Beiträge zur Einhaltung der Be-triebsparameter Stromstärke und Spannung, zum Blindleistungsmanagement sowie zur Netzeng-passbewirtschaftung leisten. Gemäß § 11 (2) EnWG können VNB zudem auch planerisch 3 Prozent der Jahresarbeit von an ihr Netz angeschlossenen Windkraft- und PV-Anlagen für einen effizienten Netzausbau nutzen. Gleichzeitig wirken sie in zunehmendem Maße durch in den Verteilnetzen bereits etablierten Verfahren an der Aufrechterhaltung der Systemstabilität mit, etwa in Form des Einspeisemanagements gemäß § 14 EEG, von Anpassungsmaßnahmen gemäß § 13 (2) EnWG („Kas-kade“) sowie des Versorgungswiederaufbaus nach Störungen. Verteilnetzbetreiber entwickeln sich zu „Systemmanagern“, die durch Nutzung von Intelligenz und Flexibilität in ihren Netzen den sicheren Betrieb ihrer Netze auch unter Einbindung der verschiedenen vor- und nachgelagerten Netzebenen sowie von Verbrauchern, Einspeisern, Speichern, E-Mobilität etc. gewährleisten. In Regionen mit hoher EE-Einspeisung nehmen immer mehr VNB diese Rolle bereits heute aktiv und erfolgreich wahr!

Neue Qualität der Zusammenarbeit in der „intelligenten Verteilnetzkaskade“

Verschiedene Versorgungsaufgaben, Netzkundenstrukturen und Entwicklungen im Bereich der de-zentralen Erzeugung haben zu unterschiedlichen Netztopologien, Unternehmensgrößen und loka-len/regionalen Aufstellungen der VNB geführt. Für das zukünftige dezentrale und intelligente Energiesystem ist die Zusammenarbeit der verschiedenen VNB zu einer „neuen Qualität“ der Zusammenarbeit weiterzuentwickeln.

Unter den VNB besteht Einigkeit darüber, dass zur Umsetzung der energie- und netzwirtschaftlichen Aufgaben das Prinzip der „Kaskade“ gem. VDE-AR-N 4140 für die Zusammenarbeit stets zur Anwendung kommen soll und die Rolle der VNB gesetzlich gestärkt werden muss. Die Kaskade darf dabei nicht wie heute nur ein reines Notfallinstrument sein (vgl. § 13 (2) EnWG), sondern muss als generelles Organisationsprinzip für die Zusammenarbeit von Netzbetreibern rechtlich verankert werden und im Tagesgeschäft Anwendung finden.

Im VKU-Gutachten wird daher die grundsätzliche Notwendigkeit des kaskadierten Vorgehens in der Zusammenarbeit zwischen den Netzbetreibern auch in der gelben Phase der Netzampel (Flexibili-tätseinsatz, vgl. § 13 (1) EnWG und § 14 EnWG) aufgezeigt. Daraus folgt die sachlogische Anforderung von mehr Systemverantwortung für die VNB.

Verschiedene VNB, die entlang der Kaskade zusammenarbeiten, bilden die „intelligente Verteilnetzkaskade (iVK)“. Diese iVK gewährleistet, dass es zwischen den VNB sowie den vorgelagerten Übertragungsnetzbetreibern (ÜNB) stets klare Verantwortlichkeiten und Schnittstellen gibt.

Im Rahmen seiner unternehmerischen Freiheit entscheidet dabei jeder VNB, ob er die Aufgaben im Rahmen der iVK

a) vollständig selbst wahrnehmen,
b) diese vollständig fremd vergeben oder
c) hierzu mit anderen VNB kooperieren will.

Entscheidend dabei ist, dass jeder VNB zur Wahrnehmung seiner gesetzlich zugewiesenen Verant-wortung die Erfüllung der ihm zufallenden Aufgaben verbindlich regelt.

Die Kaskade hat der Gesetzgeber im EnWG als Organisationsprinzip für die verbindliche Zusammenarbeit der Netzbetreiber im Notfall verankert. Die hierzu erforderlichen Regeln der VDE-AR-N 4140 wurden von der Branche mit allen Stakeholdern entwickelt. Diese sind breit akzeptiert und etabliert.

Für den grundzuständigen Messstellenbetrieb hat der Gesetzgeber erst jüngst eine Regelung geschaf-fen, innerhalb der jeder VNB die Wahrnehmung seiner Aufgaben verbindlich zu regeln hat. Ein solches verbindliches Modell sollte auch für die Wahrnehmung der Aufgaben der Verteilnetzbetreiber im Rahmen der iVK geschaffen werden.

Stärkung der Rolle der Verteilnetzbetreiber und energiegesetzliche Verankerung der „intelligenten Verteilnetzkaskade“
Die mit der Energiewende verbundene Dezentralisierung der Erzeugung kann dauerhaft auch nur dezentral gemanagt werden. Bereits heute erfolgen auf den Netzebenen Hoch- und Mittelspannung erhebliche Transite zwischen dezentralen Lastquellen (Land) und Lastsenken (Stadt) – ohne Inan-spruchnahme der Übertragungsnetze.

Auf der Verteilnetzebene gibt es zudem signifikante Potenziale zur Einsparung von Redispatch- und Netzreservekosten auf Übertragungsnetzebene. Auch die Überlegungen zur Sektorenkopplung und zur Wärmewende, etwa in Form von Power-to-Heat (Strom-Wärme-Kopplung) oder Power-to-Gas (Strom-Gas-Kopplung), sind auf lokaler bzw. regionaler Ebene und nur in Kenntnis der jeweiligen Gegebenheiten in einer horizontalen Optimierung umsetzbar. Nur mit der verantwortlichen Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten durch den VNB ist ein ressourcenschonender und optimaler Betrieb des gesamten Stromversorgungsnetzes gewährleistet. Gleiches gilt für Potenziale zur Spitzenkappung, zur Laststeuerung in nachgelagerten Netzebenen oder für die Integration von lokalen Speichern.

Neben den Wirtschaftlichkeits- und Qualitätsvorteilen spricht vor allem im Hinblick auf die Systemsi-cherheit vieles für eine dezentrale Struktur: Sowohl das Internet selbst als auch neue Technologien wie Blockchain basieren auf dezentraler Datenhaltung, da diese den größtmöglichen Schutz vor Ha-ckerangriffen, Datenmanipulation und -verlusten bieten. Ein dezentrales System auf Basis der intelli-genten Kaskade bietet eine höhere Resilienz als ein zentraler Datenknoten für die Gesamtsteuerung.

Aufgaben für die anstehende Legislaturperiode

• Rechtliche Verankerung der Kaskade als Grundsatz der Zusammenarbeit, nicht nur als Not-fallinstrument. Kein „Durchsteuern“ der ÜNB auf Anlagen in den Verteilnetzen: Die ÜNB kennen die Gegebenheiten vor Ort nicht. Ein Durchsteuern erhöht die Risiken von Fehlhandlungen und lokalen Netzausfällen und erschwert perspektivisch die Umsetzung von Sektorenkopplung und Wärmewende.
• Die Systemverantwortung (vgl. §§ 12, 13 EnWG) muss im EnWG explizit auf die VNB erweitert werden, indem zeitnah das Prinzip der Kaskade für die Zusammenarbeit der Netzbetreiber für den Regelfall im EnWG verankert wird.
• Die Weichen für die Erschließung der signifikanten Flexibilitätspotenziale auf Verteilnetzebene müssen kurzfristig gestellt werden; sowohl für den optimalen Verteilnetzbetrieb als auch über das Kaskadenprinzip für das Gesamtsystem.
• Die heute bereits von VNB durchgeführten Aktivitäten zur optimalen Auslastung der Verteil-netze und zur Entlastung der Übertragungsnetze müssen auch in der politischen Diskussion gewürdigt sowie rechtlich und regulatorisch anerkannt werden. Die VNB müssen diese Aktivi-täten fortführen, intensivieren und ausweiten können. Der schleichende gegenläufige Trend einer Zentralisierung auf der Ebene der ÜNB ist zu stoppen.
• Eine dezentrale Datenhaltung auf der Verteilnetzebene trägt – analog Internet und Blockchain – zur Erhöhung der Resilienz des Systems und zur Verhinderung von Datenmanipulati-onen/Angriffen bei. Die Widerstandsfähigkeit des Gesamtsystems gegen Störung wird dadurch erhöht.

Fazit

Die VNB bieten ihrerseits die „intelligente Verteilnetzkaskade (iVK)“ als zukunftsfähiges und robustes Modell der Zusammenarbeit der VNB untereinander und mit den ÜNB im zukünftigen Energiesystem an. Diese iVK gewährleistet, dass es zwischen den Netzbetreibern klare Schnittstellen und Verant-wortlichkeiten gibt. Dabei wird die zentrale koordinierende Verantwortung der ÜNB nicht infrage gestellt. Die Frequenzverantwortung obliegt auch weiterhin den ÜNB.

Eine regelmäßige Anwendung dieser Kaskade im Tagesgeschäft zwischen den Netzbetreibern führt zu einer Prozesssicherheit in der Kommunikation zwischen den Netzbetreibern. Diese Prozesssicherheit stützt die Versorgungssicherheit in der Notfallsituation nach § 13 (2) EnWG.

Die heutige Aufgabenteilung und Zusammenarbeit zwischen ÜNB und VNB ist allerdings mit Blick auf die Energiewende und die damit verbundenen Herausforderungen nicht mehr angemessen und zweckmäßig und muss daher auch in gesetzgeberischer Hinsicht dringend neu geregelt werden. Im Zuge der Dekarbonisierung, Dezentralisierung und Digitalisierung bietet das vom VKU vorgeschlagene Konzept der intelligenten Verteilnetzkaskade ein Höchstmaß an Versorgungssicherheit und Versorgungsqualität. Es ist zudem offen für dezentrale und zentrale Technologieentwicklungen, die weiterhin wesentlicher Bestandteil der Energiewende sein werden.

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