Netzanschluss von 50 Gigawatt Photovoltaik in der Schweiz: Diskussionspapier zu Lösungsansätzen für die Netzintegration = Grid connection of 50 gigawatts photovoltaic systems in Switzerland = Raccordement au réseau de 50 gigawatts de photovoltaïque en Suisse
Creators: name: Bucher, Christof
name: Joss, David
Publisher: name: Berner Fachhochschule, Technik und Informatik
Year: 2023
Subjects: Photovoltaik
Netzanschluss
Energiewende
Solarstrom

description: Die Energiestrategie 2050 der Schweiz setzt unter anderem auf den starken Ausbau der neuen erneuerbaren Energien. Den Grossteil davon soll die Photovoltaik (PV) ausmachen. Die vorgesehene Leistung aller PV-Anlagen (rund 40-50 GW) überschreitet die maximale vertikale Netzlast von heute (rund 8 - 10 GW) um den Faktor 5. Es ist naheliegend, vor diesem Hintergrund trotz kommender dezentraler Flexibilitätsnutzung Netzengpässe zu antizipieren und einen raschen Netzausbau zu fordern. Ebenso ist davon auszugehen, dass es zeitgleich zu Produktionsspitzen von PV-Anlagen in der Schweiz zu einem Überangebot von Solarstrom in ganz Europa kommt. 50 GW PV sind für die Energiewende notwendig, die dabei potenziell entstehenden Leistungsspitzen können jedoch vom Stromnetz nicht aufgenommen und voraussichtlich mangels Abnehmer auch nicht exportiert werden. Diese Leistungsspitzen müssen deshalb dezentral (im Gebäude, im Areal, im Quartier) absorbiert oder vermieden werden. Selbst wenn das Verteilnetz zur Aufnahme der erwarteten Leistungsspitzen ausgebaut würde, könnten diese nicht oder nur zu Zeiten tiefer oder negativer Marktpreise ins Netz eingespeist werden. Es ist aus Sicht der Autoren zielführender, in den dezentralen Umgang mit Leistungsspitzen zu investieren, als in den Verteilnetzausbau. Ein Grossteil des mutmasslich begrenzt einspeisbaren Solarstroms kann in intelligenten, dezentralen Systemen (Wärmepumpen, Speichern, Elektromobilität) aufgenommen werden. Entsprechende Produkte und Lösungen sind am Markt verfügbar und werden in verschiedenen Projekten seit vielen Jahren eingesetzt. Damit diese Systeme jedoch zuverlässig die Stromnetze entlasten bzw. einen PV-Zubau ohne zusätzliche übermässige Netzbelastung ermöglichen, müssen folgende Rahmenbedingungen angepasst werden: • Der absolute Einspeisevorrang von Solarstrom muss relativiert werden. Es darf kein Recht geben, energetisch wenig relevante, aber für das Gesamtsystem herausfordernde und unwirtschaftliche Leistungsspitzen ins Netz einzuspeisen. • Netzbetreiber und Regulator müssen dezentrale, flexible Systeme erlauben und im Rahmen eines angemessenen Anreizsystems zu netzdienlichem Verhalten motivieren. Der Zubau von PV-Anlagen kann dabei weiter beschleunigt werden, denn die wichtigsten Massnahmen zur Netzintegration sind bereits heute verfügbar und können sofort umgesetzt werden. Verschiedene historisch gewachsene Realitäten im heutigen Stromversorgungssystem wie die Tarifstrukturen, das nächtliche Aufheizen von Warmwasserspeichern oder die Regelleistungskonzepte werden heute als gegeben angesehen und kaum in Frage gestellt. Bisher hat dies den Zubau an neuen erneuerbaren Energien nur in Einzelfällen erschwert. Für den künftigen, noch viel grösseren Zubau an PV-Anlagen sind diese Strukturen und Gewohnheiten jedoch nicht geeignet und zu unflexibel. Dieses Diskussionspapier zeigt eine Reihe an möglichen Lösungsansätzen auf, die der Integration von 50 GW PV-Anlagen in das schweizerische Stromnetz dienlich sind.
description: La stratégie énergétique 2050 de la Suisse mise entre autres sur un fort développement des nouvelles énergies renouvelables. Le photovoltaïque (PV) devrait en constituer la majeure partie. La puissance prévue de toutes les installations PV (environ 40 à 50 GW) dépasse d’un facteur 5 la charge maximale du réseau actuelle (environ 8 à 10 GW). Dans ce contexte, il est évident d’anticiper les goulets d’étranglement du réseau qui vont apparaitre malgré l’utilisation décentralisée de la flexibilité à venir et d’exiger une extension rapide du réseau. De même, il faut s’attendre à ce que les pics de production des installations photovoltaïques en Suisse soient accompagnés d’une offre excédentaire d’électricité solaire dans toute l’Europe. 50 GW de PV sont nécessaires pour la transition énergétique, mais les pics de puissance potentiels qui en résultent ne peuvent pas être absorbés par le réseau électrique et ne pourront probablement pas non plus être exportés faute d’acheteurs. Ces pics de puissance doivent donc être absorbés ou évités de manière décentralisée (dans le bâtiment, sur le site, dans le quartier). Même si le réseau de distribution était développé pour absorber les pics de puissance attendus, ces pics de puissance ne pourraient pas être injectés dans le réseau ou seulement à des moments où les prix du marché sont bas ou négatifs. Selon les auteurs, il est plus judicieux d’investir dans la gestion décentralisée des pics de puissance que dans l’extension du réseau de distribution. Une grande partie de l’électricité solaire dont l’injection est limitée peut être absorbée par des systèmes intelligents et décentralisés (pompes à chaleur, accumulateurs, électromobilité). Des produits et solutions correspondants sont disponibles sur le marché et sont utilisés depuis de nombreuses années dans différents projets. Cependant, pour que ces systèmes déchargent de manière fiable les réseaux électriques ou permettent une augmentation de la production PV sans charge excessive supplémentaire sur le réseau, les conditions générales suivantes doivent être adaptées : • La priorité absolue d’injection de l’électricité solaire doit être relativisée. Il ne doit pas y avoir de droit à injecter dans le réseau des pics de puissance peu importants du point de vue énergétique, mais qui représentent un défi pour l’ensemble du système et qui ne sont pas rentables. • Les gestionnaires de réseau et le régulateur doivent autoriser les systèmes décentralisés et flexibles et les motiver à adopter un comportement utile au réseau dans le cadre d’un système d’incitation approprié. La construction d’installations photovoltaïques peut ainsi être encore accélérée, car les principales mesures d’intégration au réseau sont déjà disponibles aujourd’hui et peuvent être mises en œuvre immédiatement. Diverses réalités historiques du système d’approvisionnement en électricité actuel, telles que les structures tarifaires, le chauffage nocturne des réservoirs d’eau chaude ou les concepts de puissance de réglage, sont aujourd’hui considérées comme acquises et ne sont guère remises en question. Jusqu’à présent, cela n’a entravé le développement des nouvelles énergies renouvelables que dans des cas isolés. Cependant, ces structures et habitudes ne sont pas adaptées au développement futur des installations photovoltaïques, qui sera bien plus important, et sont trop rigides. Ce document de discussion présente une série de solutions possibles qui pourraient servir à l’intégration de 50 GW d’installations PV dans le réseau électrique suisse.
description: Switzerland’s Energy Strategy 2050 focuses, among other things, on the strong expansion of new renewable energies. The majority of this is to be photovoltaics (PV). The foreseen power of all PV plants (around 40-50 GW) exceeds the maximum vertical grid load of today (around 8-10 GW) by a factor of five. Against this background, it is obvious to anticipate grid bottlenecks despite the coming decentralised use of flexibility and to demand rapid grid expansion. It can be assumed that there will be an oversupply of solar power throughout Europe at the same time as production peaks from PV systems in Switzerland. 50 GW of PV are necessary for the energy transition, but the potentially resulting power peaks cannot be absorbed by the power grid and probably cannot be exported due to a lack of demand at times of solar power production surplus in other countries. These power peaks must therefore be absorbed or avoided in a decentralised manner (in the building, in the area, in the neighbourhood). Even if the distribution grid were expanded to absorb the expected power peaks, these power peaks could not be fed into the grid, or only at times of low or negative market prices. In the view of the authors, it is more expedient to invest in the decentralised handling of power peaks than in the expansion of the distribution grid. A large part of the presumably limited solar power that can be fed into the grid can be absorbed in intelligent, decentralised systems (heat pumps, storage, electric mobility). Corresponding products and solutions are available on the market and have been used in various projects for many years. However, in order for these systems to reliably relieve the electricity grids or enable PV expansion without additional excessive grid load, the following framework conditions must be adapted: • The absolute feed-in priority of solar energy must be discussed. There must be no right to feed power peaks into the grid that are not very relevant in terms of energy but are challenging and uneconomical for the overall system. • Grid operators and regulators must allow decentralised, flexible systems and motivate grid-friendly behaviour within the framework of an appropriate incentive system. The expansion of PV systems can be further accelerated in the process, because the most important measures for grid integration are already available today and can be implemented immediately. Various historically grown realities in today’s electricity supply system, such as the tariff structures, the nightly heating of hot water storage tanks or the control power concepts, are today taken as given and hardly questioned. So far, this has only hampered the expansion of new renewable energies in individual cases. However, these structures and habits are not suitable and too inflexible for the future, much larger addition of PV systems. This discussion paper identifies a number of possible solutions that would serve to integrate 50 GW of PV systems into the Swiss power grid.