Leitfaden zur Verteilnetzplanung und Systemgestaltung

Verteilnetzplanung und Systemgestaltung stehen vor allem durch die fortschreitende Umstellung der Stromerzeugung auf erneuerbare Energieträger vor neuen Herausforderungen. Die Erwartungen der Stakeholder an den Netzplaner bilden den Handlungsrahmen für Erneuerungsstrategien und Investitionsentscheidungen. Die wesentlichen Merkmale der Planungsaufgaben bestimmen zweckmäßige Vorgangsweisen in der Netzplanung. Die Zerlegbarkeit komplexer Optimierungsprobleme ist fundamental für die effiziente Bearbeitung praktischer Aufgabenstellungen. Der Ungewissheit bei der langfristigen Systemgestaltung ist unter Beachtung zunehmend volatiler Rahmenbedingungen besonderes Augenmerk zu widmen. Sinnvolle Netz- und Anlagenstrukturen ergeben sich aus den Planungszielen und der zur Verfügung stehenden Technik.

Wichtigste Aufgabe der Verteilnetze und damit auch fundamentales Ziel der Investitionsplanung ist die Bereitstellung ausreichender Transportkapazitäten und Systemdienstleistungen zur Ver- und Entsorgung aller Kundenanlagen. Arten und Merkmale der Nachfrage werden ebenso beschrieben wie Möglichkeiten zur Beeinflussung und Steuerung der Entnahme bzw. Einspeisung. Robuste Lösungen zur Systemgestaltung erfordern solide Prognosen und Konzepte zur Beurteilung der Ungewissheit zukünftiger Entwicklungen. Für jeden Verteilnetzbetreiber sind wirtschaftliche Investitionsentscheidungen unabdingbar für den Unternehmenserfolg. Daher sind die planungsrelevanten Netzkosten zu ermitteln und die Methoden der Investitionsrechnung problemadäquat anzuwenden. Der Netzkunde legt Wert auf höchste Ver- und Entsorgungszuverlässigkeit, die Netzplanung hat dem in geeigneter Weise Rechnung zu tragen. Die Basis bilden zuverlässige Betriebsmittel, der Netzplaner gestaltet damit hoch verfügbare Anlagen und Netze. Elementare Wege zu einer wirtschaftlich vertretbaren Ver- und Entsorgungsqualität werden aufgezeigt.

Die Netzplanung befasst sich wesentlich mit der Strukturierung von Anlagen und Netzen, die in der Praxis wichtigsten Konzepte werden vorgestellt. Die Transportkapazität von Netzelementen wird wesentlich von deren thermischer Belastbarkeit bestimmt, grundlegende physikalische Gesetze von Erwärmung und Kühlung sollte jeder Netzplaner kennen. Räumlich ausgedehnte Netze erfordern ein ausgefeiltes Spannungsmanagement, die Physik des Spannungsabfalls und die Methoden der Lastflussrechnung sind wesentliche Elemente der Netzplanung. Sie ermöglichen die konkrete Beurteilung der Vor- und Nachteile der einzelnen Spannungsebenen, das grundlegende Verständnis der Konzepte der Spannungshaltung und die Planung der Spannungsregelung in einem Verteilnetz. Für den interessierten Leser werden auch einfache mathematische Optimierungsmodelle für spezifische Netzplanungsaufgaben vorgestellt. Aus Sicht der Netzplanung hängen die Kurzschlussfestigkeit und die Spannungsqualität eng mit maximalen und minimalen Kurzschlussimpedanzen im Netz zusammen. Unter der Betriebsplanung des Netzes werden optimale Schaltzustände, der Einsatz der Prozessleittechnik, Sternpunkterdung und Überspannungsschutz diskutiert.

Praxisnahe Planungstechniken werden präsentiert und eine fundamentale Planungssystematik eingeführt. Der Planungsprozess umfasst Synthese und Analyse von Planungsvarianten sowie Modellierung und Optimierung definierter Aufgabenstellungen. Die Problemzerlegung nach Detaillierungsgrad, nach zeitlichen und örtlichen Kriterien oder auch nach sachlichen Aspekten ermöglicht Formulierung, Lösung und Koordinierung von Teilaufgaben und damit eine effiziente Planungstätigkeit. Modellnetze und analytische Planungsmodelle erleichtern die Klärung grundsätzlicher Fragen der Netzplanung. Die rechnergestützte Systemplanung verwendet geografische Informationssysteme, CAE – Systeme, Netzanalyse- und Optimierungsprogramme. Eine zweckmäßige Organisation der Netzplanung beim Verteilnetzbetreiber ermöglicht gute Resultate bei geringstem Ressourceneinsatz. Die Planungssystematik richtet sich nach dem Detaillierungsgrad der Planungstätigkeit und unterscheidet zwischen der strategischen Grundsatzplanung, der operativen Strukturplanung und der projektierenden Ausführungsplanung.

Gerade in Zeiten wachsender Herausforderungen durch die Energiepolitik ist der volkswirtschaftlich sinnvollen und nachhaltigen Systementwicklung besonderes Augenmerk zu widmen. Die Grundsatzplanung kann auf Basis vielfältiger Szenarien robuste Entwicklungsstrategien für das Verteilnetz herleiten. Sie beschäftigt sich auch mit der langfristigen Systemerneuerung, die für viele Netzbetreiber von großer wirtschaftlicher Bedeutung ist. Wichtig ist die unternehmensweite Festlegung zweckmäßiger Gestaltungsgrundsätze und Systemstandards als Basis für alle operativen Planungstätigkeiten. In der Strukturplanung werden konkrete Standorte und Hauptparameter für Umspannwerke und Transformatorstationen festgelegt und die wesentlichen Anlagenstrukturen festgelegt. Die realen Netzstrukturen werden in der Praxis häufig mittels Zielnetzplanung und dynamischer Restrukturierung geplant, eine große Vielfalt an Optimierungsmethoden kann eingesetzt werden. Die Projekt- oder Ausführungsplanung muss die Grundsatzüberlegungen vor allem hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit bei der Detailplanung einzelner Anlagen und Leitungen konkret umsetzen. Eine Reihe systemorientierter Auslegungsdetails wird diskutiert, um das Verständnis für eine ganzheitliche Sichtweise zu fördern.

In fünf Kapiteln wurde ein weiter Bogen von Basisüberlegungen zur Systemgestaltung, über Zielvorstellungen in den Köpfen der Netzplaner und die zur Verfügung stehende Netztechnik bis zu Planungstechniken, zur Planungssystematik und zu den Planungsmethoden geschlagen. Ziel war eine möglichst umfassende und zweckmäßig strukturierte Darstellung praktischer und theoretischer Elemente der Systemgestaltung. Erst die Synthese aus Theorie und Praxis, aus Orts-, Branchen- und Fachkenntnissen sowie aus Erfahrung und aktuellem Wissen über Fakten und Methoden ermöglicht eine nachhaltige und alle Stakeholder zufriedenstellende Systemgestaltung. Eine umsichtige Steuerung zukünftiger Entwicklungen erfordert systematisches, möglichst langfristiges Vorausdenken samt Analyse und Bewertung realistischer Szenarien. Dabei sollten auch derzeit fixe Rahmenbedingungen und technologische Gegebenheiten sinnvollen Variationen unterzogen werden. Nur so kann die regulatorische und technologische Weiterentwicklung durch den Netzplaner sinnvoll mitgestaltet werden. Eine mehr systemorientierte Sichtweise in der Energiepolitik und in der darauf aufbauenden Regulierung der Elektrizitätswirtschaft wird zu volkswirtschaftlichen Vorteilen bei der Systemgestaltung führen.