Skip to main content
Top

2017 | OriginalPaper | Chapter

Simulation of Distribution Grid Expansion Costs and the Impact of Load Shifting

Activate our intelligent search to find suitable subject content or patents.

search-config
loading …

Abstract

The increasing electricity generated by the renewable energy generation units connected to the distribution grid can lead to the allowed level of voltage range and current rating in the lines being exceeded. One option to prevent this from happening is line extension. This article describes a method of quantifying the line extension, its costs and the impact of load shifting which can be used in electricity system models. The region considered is the state of Baden-Württemberg in Germany. The operation of the distribution grid is simulated based on region-specific electricity demand and electricity generation. In order to use the voltage range of 10% (based on DIN EN 50160) completely, the countrywide installation of regulated distribution transformers is assumed. The allowed level of voltage and current rating is mainly exceeded in regions with a high supply of photovoltaic electricity at the low voltage level. With the modelled assumptions and the extension of renewable energy under consideration, an expense of about 760–880 million Euros in Baden-Württemberg will be required by the year 2030 to ensure that the operation complies with the technical restrictions. By using load shifting, the expense can be reduced by 140–220 million Euros.

Dont have a licence yet? Then find out more about our products and how to get one now:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Footnotes
1
By considering their geographic location, every plant will be allocated to a substation of the transmission grid. A FIT plant is allocated to a substation in the same district. If no substation is located, the geographically closest one is chosen. One further restriction is that plants can’t be allocated to areas which are separated galvanically in the high voltage level.
 
2
Assumption for full load hours: 940 (pv); 1770 (wind); 6220 (biomass); 4100 (running water).
 
3
Nominal voltage of the grid levels: Low voltage (LV) \(\widehat{=}\) 400 V; Medium voltage (MV) \(\widehat{=}\) 10–30 kV; High voltage (HV) \(\widehat{=}\) 110 kV.
 
4
Average length of the lines \(=\) length of all lines in Germany/number of transformers in Germany.
 
5
To reduce the complexity, it is possible to reduce the number of different generated distribution grids at a specific voltage level. This allows the speed of the simulation to be increased.
 
6
For comparison: the length of the lines in Germany is about 12,00,000 km at the LV level, 5,00,000 km in MV level and 80,000 km at the HV level [7].
 
7
To reduce complexity the phase angle is assumed to be zero.
 
8
The extension of the transformers between HV and MV level will not be considered but will be examined in further publications.
 
Literature
1.
go back to reference Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung, Berlin, 2010 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung, Berlin, 2010
2.
go back to reference Brückl O, Hinz A, Vielhauer A, Basmann R, Der Regelbare Ortsnetztransformator zur Steigerung des Integrationspotentials von Erneuerbaren Energien- Ergebnisse aus Simulationen und Felderprobungen, “Internationaler ETG-Kongress”, Würzburg, 2010 Brückl O, Hinz A, Vielhauer A, Basmann R, Der Regelbare Ortsnetztransformator zur Steigerung des Integrationspotentials von Erneuerbaren Energien- Ergebnisse aus Simulationen und Felderprobungen, “Internationaler ETG-Kongress”, Würzburg, 2010
3.
go back to reference Deutsche Energie- Agentur (Dena), Dena-Verteilnetzstudie, Berlin, 2012 Deutsche Energie- Agentur (Dena), Dena-Verteilnetzstudie, Berlin, 2012
4.
go back to reference Gutachten im Auftrag des BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., Abschätzung des Ausbaubedarfs in deutschen Verteilungsnetzen aufgrund von Photovoltaik- und Windeinspeisungen bis 2020, Aachen/Bonn, 2010 Gutachten im Auftrag des BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., Abschätzung des Ausbaubedarfs in deutschen Verteilungsnetzen aufgrund von Photovoltaik- und Windeinspeisungen bis 2020, Aachen/Bonn, 2010
5.
go back to reference Borges C, Martins V, Multistage expansion planning for active distribution networks under demand and Distributed Generation uncertainties, Rio de Janeiro, 2010 Borges C, Martins V, Multistage expansion planning for active distribution networks under demand and Distributed Generation uncertainties, Rio de Janeiro, 2010
6.
go back to reference Miranda V, Ranito J, Proenca L, Genetic algorithms in optimal multistage distribution network planning, Porto, 1994 Miranda V, Ranito J, Proenca L, Genetic algorithms in optimal multistage distribution network planning, Porto, 1994
7.
go back to reference Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber (EEG/KWK-G), 2012 Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber (EEG/KWK-G), 2012
8.
go back to reference Statistisches Bundesamt, Statistisches Jahrbuch 2012 - Gesellschaft und Staat, Wiesbaden, 2012 Statistisches Bundesamt, Statistisches Jahrbuch 2012 - Gesellschaft und Staat, Wiesbaden, 2012
9.
go back to reference Deutscher Bundestag, Entwurf eines Gesetzes über Maßnahmen zur Beschleunigung des Netzausbaus Elektrizitätsnetze, 2010 Deutscher Bundestag, Entwurf eines Gesetzes über Maßnahmen zur Beschleunigung des Netzausbaus Elektrizitätsnetze, 2010
10.
go back to reference Herold I, Stifter M, Bletterie B, Brunner H, DG DemoNet Validation, Increasing the DER Hosting Capacity of Distribution Networks -Voltage Control from Simulation to Field Test, 2nd European Energy Conference - E2C, Maastricht, 2012 Herold I, Stifter M, Bletterie B, Brunner H, DG DemoNet Validation, Increasing the DER Hosting Capacity of Distribution Networks -Voltage Control from Simulation to Field Test, 2nd European Energy Conference - E2C, Maastricht, 2012
11.
go back to reference Schwab A, Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2009 Schwab A, Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2009
14.
go back to reference Heuck K, Dettmann K D, Elektrische Energieversorgung, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2005 Heuck K, Dettmann K D, Elektrische Energieversorgung, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2005
15.
go back to reference Rudion K, Orths A, Styczynski Z A, Design of Benchmark of Medium Voltage Distribution Network for Investigation of DG Integration. IEEE PES Conference, Montreal, 2006 Rudion K, Orths A, Styczynski Z A, Design of Benchmark of Medium Voltage Distribution Network for Investigation of DG Integration. IEEE PES Conference, Montreal, 2006
16.
go back to reference Forschungsgemeinschaft für elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.V. (FGH), Interaktives Grafisches Netzplanungssystem 7 (INTEGRAL 7), 2012 Forschungsgemeinschaft für elektrische Anlagen und Stromwirtschaft e.V. (FGH), Interaktives Grafisches Netzplanungssystem 7 (INTEGRAL 7), 2012
17.
go back to reference Spring E (Prof.), Elektrische Energienetze. VDE Verlag GmbH, Berlin, 2003 Spring E (Prof.), Elektrische Energienetze. VDE Verlag GmbH, Berlin, 2003
18.
go back to reference Pundt H. et. al. (Prof.), Wissensspeicherheft, Dresden, 1997 Pundt H. et. al. (Prof.), Wissensspeicherheft, Dresden, 1997
19.
go back to reference Landtag von Baden-Württemberg, Antrag der Abg. Manfred Groh u.a. CDU und Stellungnahme des Ministeriums für Verkehr und Infrastruktur, Ausbau der Windenergie in Baden-Württemberg, 2013 Landtag von Baden-Württemberg, Antrag der Abg. Manfred Groh u.a. CDU und Stellungnahme des Ministeriums für Verkehr und Infrastruktur, Ausbau der Windenergie in Baden-Württemberg, 2013
20.
go back to reference Estimation for future production costs based on informations given by A. Hinz, (Maschinenfabrik Reinhausen GmbH), 2012 Estimation for future production costs based on informations given by A. Hinz, (Maschinenfabrik Reinhausen GmbH), 2012
21.
go back to reference Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft BDEW, Abschätzung des Ausbaubedarfs in deutschen Verteilnetzen aufgrund von Photovoltaik und Windeinspeisungen bis 2020, Bonn/Aachen, 2011 Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft BDEW, Abschätzung des Ausbaubedarfs in deutschen Verteilnetzen aufgrund von Photovoltaik und Windeinspeisungen bis 2020, Bonn/Aachen, 2011
22.
go back to reference Bundesverband WindEnergie e.V., Netzverstärkungs-Trassen zur Übertragung von Windenergie: Freileitung oder Kabel?, Rheinberg, 2004 Bundesverband WindEnergie e.V., Netzverstärkungs-Trassen zur Übertragung von Windenergie: Freileitung oder Kabel?, Rheinberg, 2004
23.
go back to reference Verband der Elektrizitätswirtschaft (VDEW), Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, VWEW Energieverlag GmbH, Frankfurt am Main, 2001 Verband der Elektrizitätswirtschaft (VDEW), Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, VWEW Energieverlag GmbH, Frankfurt am Main, 2001
Metadata
Title
Simulation of Distribution Grid Expansion Costs and the Impact of Load Shifting
Author
Thomas Eberl
Copyright Year
2017
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-51795-7_10

Premium Partner