(n-1)-Belastung im Schweizer Stromnetz

Das Schweizer Übertragungsnetz stösst an seine Kapazitätsgrenze. Mehr als zwei Drittel des Schweizer Übertragungsnetzes ist über 40 Jahre alt und ist den künftigen Anforderungen des steigenden Stromverbrauchs sowie der schwankenden Einspeisung aus erneuerbaren Energien nicht mehr gewachsen. Insbesondere in kalten Winternächten und heissen Sommertagen kam es regelmässig zu Netzengpässen. Infolgedessen musste Swissgrid aus Gründen der Netzsicherheit die Topologie des Netzes anpassen sowie die Produktion aus Wasserkraft in den Alpen und den Energieaustausch mit dem Ausland wiederholt einschränken. Die Netzleitstelle Swissgrid Control wird beim Betrieb des Schweizer Übertragungsnetzes durch die strukturellen Engpässe vor grosse Herausforderungen gestellt.

Im Schweizer Übertragungsnetz können jederzeit ungeplante Netzbelastungen durch unvorhergesehene Ereignisse wie Ausfälle von Netzelementen (Leitungen oder Transformatoren) auftreten. Der Strom sucht sich – z.B. nach Ausfall einer Leitung – seinen Weg durch die noch intakten Netzelemente. Diese ungeplanten Stromflüsse können zu einer Überlastung eines anderen Netzelementes führen.

Mindestens alle fünf Minuten bestimmt Swissgrid Control anhand tausender Strom- und Spannungsmessungen die (n-1)-Belastung der Netzelemente im gesamten Schweizer Übertragungsnetz. Dabei wird berechnet, welche Belastungswerte sich nach dem simulierten Ausfall eines beliebigen Elements für die verbleibenden Netzelemente ergeben. Aus der Simulation geht hervor, welches Element des gesamten noch intakten Übertragungsnetzes im Falle des Ausfalls eines anderen Netzelementes am stärksten belastet wäre. Eine (n-1)-Belastung über 100 Prozent bedeutet, dass dies zu einer Überlastung und bei anhaltender Überlastung zum Verlust eines weiteren Netzelementes führen könnte. Deshalb ist das Ziel des Netzbetriebs, die (n-1)-Belastung der Netzelemente jederzeit bei maximal 100 Prozent zu halten.

Die (n-1)-Simulation stellt damit nicht die tatsächliche Belastung des Übertragungsnetzes dar. Das Ergebnis der Simulation dient für Swissgrid Control aber zur Vorbereitung und Umsetzung von Massnahmen, falls die Möglichkeit einer Überschreitung der (n-1)-Limite besteht.

Das Schweizer Übertragungs- bzw. Höchstspannungsnetz ist ein komplexes System mit einer Leitungslänge von insgesamt rund 6700 Kilometern, 140 Schaltanlagen und 41 Verbindungen ins Ausland. Die Netzelemente mit den höchsten (n-1)-Belastungen fallen mit den bekannten Kapazitätsengpässen im bestehenden Übertragungsnetz zusammen. Sind im (n-1)-Fall immer die gleichen Netzelemente überlastet, handelt es sich um ein Nadelöhr im Schweizer Übertragungsnetz.

Im Schweizer Übertragungsnetz (380/220 kV) sind während des Kalenderjahres 2013 wie bereits in den Vorjahren an verschiedenen Stellen zu hohe (n-1)-Belastungen errechnet worden. Diese Belastungen können durch den Ausfall von verschiedenen Netzelementen verursacht werden. Bei Swissgrid Control wird jeweils das Netzelement registriert, das durch den Ausfall eines anderen Netzelementes eine zu hohe (n-1)-Belastung erfährt. Mit diesen Informationen kann Swissgrid Control die notwendigen Massnahmen im Netz einleiten.

Auf der nachfolgenden Karte sind die Leitungen bzw. Transformatoren ersichtlich, bei denen während des Jahres 2013 die höchsten (n-1)-Belastungen aufgetreten sind. Die betroffenen Netzelemente sind insbesondere aufgrund fehlender Transportkapazitäten zum Abtransport der Energie aus der Wasserkraft stark belastet. Die Darstellung zeigt, dass das Swissgrid Netz im Jahr 2013 grossen Belastungen ausgesetzt war.

Netzengpaesse_Datenbooklet_de
Z100118_swissgrid-control_01

 
Im Betrieb des Übertragungsnetzes herrschen nur im Ausnahmefall ideale Verhältnisse. Der Betrieb ist vielmehr geprägt durch planmässige Ausserbetriebnahmen von Netzelementen, durch Revisionsstillstände von Kraftwerken und durch Abweichungen zwischen prognostiziertem und tatsächlichem Stromverbrauch. Erschwerend kommen die Netzbelastungen durch ungeplante Ereignisse hinzu, wie z.B. der Ausfall eines Kraftwerkes oder einer Übertragungsleitung. Je nach Ausmass einer zu hohen (n-1)-Belastung werden bei Swissgrid Control Massnahmen getroffen, um die (n-1)-Sicherheit wiederherzustellen. Je höher die berechnete Überschreitung der 100%-Limiten, desto drastischer und kurzfristiger sind die gewählten Massnahmen. Diese reichen von topologischen Massnahmen (Verändern der Verschaltung der Leitungen) über Eingriffe in die Kraftwerksproduktion (Redispatch) bis zur Beschränkung des grenzüberschreitenden Transits oder der Abschaltung von Verbrauchern.

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