Energy transition and security of supply - a contradiction?

(1)

Energiewende und Versorgungssicherheit - Ein Widerspruch?

Energiewirtschaftliche und technische Aspekte eines Zukunftsprojektes

Franz Hofbauer Asset

Wien, 26.09.2016

(2)

Die Austrian Power Grid AG ist...

• der österreichische Übertragungsnetzbetreiber

• Regelzonen- und Regelblockführer Österreichs

• ITO gern. EIWOG seit März 2012

• eine 100% Tochter der VERBUND AG

• Arbeitgeber für 480 Mitarbeiterinnen

...und betreibt...

• 63 Umspannwerke

• 12.000 Maste

• ~7000km Systemlänge

(380-/220-/11 o-kv)

Wirtschaftliche Kennzahlen:

• Anlagevermögen: 1.286 MEUR *

• Umsatzerlöse: 731 MEUR *

AUSTRIAN POWER GRID AG

2

(3)

Anfang der überregionalen

Stromversorgung in Zentraleuropa - Generalplan Deutschlands

• 1928-1929

„Reichselektrizitätsversorgung“

durch Oskar von Miller

- Erarbeitung Konzept des Verbundnetzes (auf 220kV Basis)

- Versorgung Gesamt-Deutschlands mit Strom

> d P G

• 1930/1941

- 220kV Doppelleitung Bürs - DE - 220kV Doppelleitung Ernsthofen -

St. Peter - DE

Ziel der historischen Konzepte:

Zusammenarbeit der

Grundlastkraftwerke mit den Speicherkraftwerken in den Alpen! ³

(4)

Hintergrund: httpJ/www. niahtskvnation. com/oics/earth-at-night.

(5)

Instandhaltung von Leitungen und Werken ist von hoher Wichtigkeit

Beispiel: Altersstruktur der Übertragungsleitungen ><3PG

6 0 ,0 %

5 0 ,0 %

4 0 .0

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Year of commissioning

■ Sum 110 kV

■ Sum 220 kV

■ Sum 380 kV

■ Total Sum

1/3 der gesamten Übertragungsinfrastruktur ist älter als 30 Jahre!

AUSTRIAN POWER GRID AG 04.11.2015 5

(6)

Bedeutung von (Strom-) Infrastruktur zur Entwicklung moderner Volkswirtschaften

“Infrastructure is the bedrock of a nation’s competiveness,

prosperity and even social well-being. “ *

*) World Economic Forum, Infrastructure Investment Policy Blueprint 02/2014

Versorgungs

sicherheit

Effizienz

(Kosten) Nachhaltigkeit

AUSTRIAN POWER GRID AG 6

(7)

Säulen der sicheren Stromversorgung im europäischen Stromsystem

Netzgebundenheit

N ichtspeicherbarkeit

50 ^h

ERZEUGUNG

L - 0 - J

VERBRAUCH

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R e lia b le S u s ta in a b le C o n n e c te d

Versorgungssicherheit ist national, regional und europäisch zu denken!

j

(8)

Die Energieversorgung der Zukunft

Power to Gas

C

EU-Ziele 2030

f Smart Grid ^

Flexible 'N großtechnische

Erzeugung

Mobility / \

e-Highways 2050

■ Erneuerbar & Nachhaltig

Prosumer

Q i&Ü

Smart Meter

Speicher

Sicher & Günstig

2016-09-29

(9)

Das Stromsystem heute - marktwirtschaftlicher

Kraftwerkseinsatz bestimmt Stromflüsse y d P G

Trends

Entwicklung paneuropäischer Markt

4

Regional Markets Pan-European Market

Fundamentaler Systemwandel im Erzeugungsbereich

© /

(10)

Erzeugung aus Laufkraftwerken YTD 2015/2016

Tagessummen, Werte basierend auf öffentlichen Daten

><3PG

120

□ o

CMo

Tageserzeugung Laufkraftwerke

Lauf 2015 ---Lauf 2016

Sommer 2016: gute Wasserführung

Sommer 2015: trockener Sommer

00o ^■'Sto LO

o ^CDO N-

O ^COo ^{0 3}O ^CM

O

(11)

Zunehmende Volatilitäten im System fordern den Netzbetrieb

30 Tage

Megawatt

Stromverbrauch Burgenland Stromerzeugung Burgenland 05.10.2015 1100

Insgesamt bereits über 430 abzuwickelnde Fahrpläne pro Tag (day ahead+intraday)

Flexibilisierung des Gesamtsystems ist für weitere Integration von EE und

Systemsicherheit entscheidend

11

(12)

Strompreis

Marktsystem für hohen Anteil an Erneuerbaren gerüstet?

Hohe EE Einspeisung

Drohpotenzial:

Regionales Deckungsproblem aufgrund fehlender Übertragungskapazitäten

Erzielter Marktpreis viele Erneuerbare

®

^\ Kernkraft-

werke

IO

Leistung (kumuliert) Leistung (kumuliert)

- 2 .5 5 0 M W

W inter-N etzreserve fü r DE

- 3 .1 0 0 M W

d a v o n - 8 0 0 M W in A T

(S ü d -D E , AT, IT, .. . - 6 .0 0 0 M W

d a v o n

~ 1 .6 0 0 M W in A T

)B eda rfserm ittlung

folgt noch ~ 7 .0 0 0 M W

d a v o n - 1 .3 0 0 M W In A T

4 0 0 - 8 0 0 M W 8 0 0 M W (für ausgew ählte M ai bis S ept

W ochen)

8 0 0 M W 8 0 0 M W Mai bis S ept Mai bis S ept

Für regionale Lastdeckung und Engpassmanagement:

Gesicherte, kurzfristig abrufbare

Kraftwerke notwendig (Netzstabilität)!

S o m m e r-N e tz re s e rv e fü r ÄT

(13)

“Future Base” Preise

Zeitreihe für jedes “Future”-Jahr und Tag des Handels

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^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

--- 2014 --- 2015 2016

^ —2017

2018 --- 2019 2020 2021 2022

(14)

AUSTRIAN POWER GRID AG A ... n -1 Befunde ohne Redispatch usw.

am 7.7.2015

• Hoher West-Ost-Lastfluss in

Österreich

• Hohe PV-Erzeugung in DE

• Hohe Importe Ungarn und Süd Ost-Europa

• Ausfall des Leitungssystems 221 Tauern - Weißenbach nach

erfolgloser AWE (Baum in der Leitung) •

Schw eiz

Republic

Slow akei

• Massive N-1 Verletzungen:

• 220kV St. Peter - Hausruck

• 220kV Tauern - Weißenbach

• 380kV D ürnrohr-W ien

• Dürnrohr - Slavetice

M e m m in g e n

Ungarn

Slow enien

10 >n DE -10GW

*1 > 11111. -. 1111 ■ I ■

i I

PV in DE -23GW

illllli.

2016-09-29 14

(15)

Kritische Netzsituation APG

am 7.7.2015

Maßnahmen:

• Netzreserve voll ausgeschöpft (Mellach, Timelkam)

Keine weiteren KW im Osten kurzfristig verfügbar!

• Voller Abruf der im Osten verfügbaren Tertiär-Regelreserve (175MW)

-> Gegensteuerung durch Sekundärregelung im Westen

• Zusätzlich Not-MRA mit ELES

2016-09-29 15

(16)

Kritische Situation in PL in KW 33 (14.8.2015)

W in keln Bonaduz M ontlin gen

Tschechische R epublik

Dellmensingen Herbertingen Memmingen

J ii'l'im

. n^i.

Wind bis zu 16 GW

l||ll,"lllllllllllll

Györ Györ

PV bis zu 19 GW

AUSTRI,

M angelnde Verfügbarkeit von Erzeugungskapazitäten in Polen:

• Wartung

• Kühlwasser Mangel

Hohe Temperaturen führten zu geringerer A uslastbarkeit der Leitungskapazitäten

Massive Lastabschaltung von Industriekunden in PL notwendig (bis zu 2 GW)

30.10.2015 16

(17)

Kritische Situation in PL in KW 33 (14.8.2015)

Republik

Dellmensingen Herbertingen Memmingen

W in keln Bonaduz M ontlin gen

Ungarn Györ Györ

AUSTRI;

Redispatch Abrufe von APG in Höhe von bis zu 2900 MW und 35,7GW h

Slowenien 30.10.2015 17

(18)

Weihnachts-Feiertage mit Import-Rekordwerten am 2.1.2015 rv-r >

\ W ind in DE

bis zu 27.700 MW

A

Dav-ahead Fahrplan DE AT

bis zu 7.700 MW

V ergleich "D ayA head" - "re alisie rte " Fahrpläne APG-DE von 24.12.2014 bis inkl. 06.01.2015 90 00

[MW ] OE -> AT

A

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■ Different --- Fahrplan DE -> APG DayAhead --- Fahrplan DE -> APG Realisiert

A v - n-1 -Befunde ohne Redispatch

Dav-ahead Reqlersaldo APG

bis zu 5.600 MW

Vergleich "DayAhead" - "realisierte" Fahrpläne des APG-Saldo von 24.12.2014 bis inkl. 06.01.2015 Import

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■ Different --- Fahrplan Regler-Saldo DayAhead Fahrplan Regler-Saldo Realisiert

(19)

Weihnachts-Feiertage mit Import-Rekordwerten am 2.1.2015

W ind in DE

bis zu 27.700 MW

CBR 3 TTG IC B R 2TTG iCBR 1 TTG iMRA 2 IMRA 1

>4?G

Umfangreicher Redispatch erforderlich, allein in AT bis

rd. 1.700 MW

A t - n-1 -Befunde ohne Redispatch

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

Austrian Power Grid AG.

■ 380-kV-Leitung ... .... Projekt 380-kV-Salzburgloitung

■ - • • • • 380-kV-Projekt Richtung Deutschland

■ --- 220-kV-Leltung --- 110 kV Leitung

A Umspannwerk der APG A goplantos Umspannwerk dor APG Q APG Netzfcnoten

Vergleich "DayAhead" - "realisierte" Fahrpläne des APG-Saldo von 24.12.2014 bis inkl. 06.01.2015 9000

[M W ] Im p o rt

1 _ 4 ..M T t

E xport

4 * 4 " 4 " v ■ r 4 * 4 ^

A r V -> o' O-*' o-*' qn-

■ Differenz --- Fahrplan Regler Saldo DayAhead ---Fahrplan Regler Saldo Realisiert

(20)

Störung in Salzburg am 20.8.2016

vdPG

Überspannungs

auslösungen in der Mittelspannungs

ebene

1-poligeAWE auf 2 2 0 k V - ^ , Leitung

Ablauf der Störung

1. Kurzschluss auf 110kV-Leitung Pongau-Golling 2. Schutzauslösung im UW Pongau

3. Zeitgleiche einpolige Kurzunterbrechung (AW E) der beiden 220kV-System e von Salzburg nach Salzach 4. Schutzauslösung im UW Golling

5. Überspannungsauslösungen in manchen 10/30kV- M ittelspannungsknoten -> A usfall von Verbrauchern

APG wird zusätzliche Schutzfunktionen für 220kV-Anbindung implementieren. Die Überspannungsauslösungen auf der Mittelspannungsebene und somit die

Verbraucherausfälle

waren

aus Sicht der APG-Experten

jedoch

nicht Folge der 220kV-Schutzauslösung.

Detailliertere Untersuchungen noch im Laufen.

Generell derzeitige Anbindung von Salzburg strukturelle Schwachstelle!

(21)

12.06.2016 Ausfall PST Tauern v d P G (Fehlerhafter SF6-Kabelendverschluss in

der Schaltanlage des PST)

IBN der Anlage: 01.12.2006

(22)

Aus dem SF6-Gasraum ausgebaute

Kabelbuchse vdPG

(23)

[Mio. €]

Kosten für Eingriffe in den Markt aufgrund ^ fehlender Netzinfrastruktur steigen! > d ? G

Gesamtdarstellung Quartalsweise

G es am tko s te n bis 0 1 .0 9 .2 0 1 6 im Vergleich zum V o rja h r

2015: von Sept-Dez. noch aufgetretene Kosten > 100MEUR

(24)

Entwicklung des Kraftwerkparks in AT [MW] (1)

Gemäß TYNDP 2016 Szenarien

vdPG

■ 630; 2%

©

[ P u m p -] S p e ic h e r W ind S o la r (PV)

©

A n d e re E rn e u e rb a re L a u fw a s s e r

©

K o hle und konv. th e r m is c h e KW

AUSTRIAN POWER GRID AG 2016-09-29

(25)

Entwicklung des Kraftwerkparks in AT [MW] (2)

Gemäß TYNDP 2016 Szenarien

>dPG

■ 990; 3%

■ 6072: 16%

[ P u m p -] S p e ic h e r W ind @ S o la r [PV]

A n d e re E rn e u e rb a re L a u fw a s s e r K o h le und konv. th e r m is c h e KW

(26)

Ausblick 2030: TYNDP 2016 Vision 4

(optimistisches Szenario)

o E n e rg ie w e n d e in

voller Fahrt

o

Massiver RES Ausbau

k o n z e n trie rt an den R ä n de rn d e r R egion (DE, FR and IT)

- a u f K urs zu den EU 2 0 5 0 Z ie le n

o

Kernkraft-Ausstieg

in D e u ts c h la n d ist vo llz o g e n o

Rückgang der Atomkraft

in FR und CH

( ---\

Europaweit:

+ 260 GW, Verdreifachung der Windkraft!!

+ 160 GW, Verdreifachung der PVU -> Entspricht der Leistung von mehr als 1400 Donaukraftwerken

y — --- /

AUSTRIAN POWER GRID AG 26.11.2014 26

(27)

Transformation des Stromsystems v d P G

< 3

AUSTRIAN POWER GRID AG 2016-09-29 27

(28)

Divergierende Entwicklungen - Zerreißprobe für das System

Fokus auf Gesamtoptimum

Herausforderungen für den Betrieb steigen enorm:

Engpassmanagement, Intraday-Handelsstop,

CBR, TSC ...

Merit Ordereffekt

Netzausbau (TYNDP, Masterplan, NEP)

2001 2015

—

>dPG

I

System- und Versorgungssicherheit

Zukunft

— >

(29)

Stärkste Waffe ist Netzausbau - Netzentwicklungsplan der APG

• Planungszeitraum: 2017 - 2026

• Insgesamt 36 Projekte

- 32 bereits durch NEP 2011 - 2015 genehmigt - 4 neue Projekte (NEP 16-1 bis 16-4)

• Der NEP 2016 wird Anfang September 2016 bei ECA zur Genehmigung eingereicht

Insgesamt 36 Projekte

• Neue Leitungen: rd. 370 km*]

• Upgrade von Leitungen: rd. 390 km*]

• Rd. 35 neue Transformatoren mit einer Gesamtleistung von ca. 13.000 MVA

• Neubau und Erweiterungen/Verstärkungen zahlreicher Umspannwerke:

rd. 150 neue Schaltfelder (380/220/110 kV)

*1 Trassen-km

...aber Verfahrensdauern verzögern den Netzausbau drastisch!

Bsp. Salzburgleitung

380-kV-Leitung 220-kV-Leitung Kein E igentum von APG APG Netzknoten U mspannwerke APG Phasenschieber- Transform a to r (APG)

DE

TransnelBW

CD _13-3.

16-3

I ... Umspannwerksprojekte

380-kV-Leitung 220-kV-Leitung K ein Eig en tum v o n AP

H APG Netzknoten

U m spannw erke APG

^ P hasenschieber- T ra n sfo rm a to r (APG)

(30)

Das NOVA-Prinzip

(Netzoptimierung vor Ausbau)

(31)

Netzverstärkung/Optimierung

„Innovationssektion“

(32)

Zielsetzung der Innovationssektion > d ? G

* Optimierung von Freileitungen hinsichtlich Schallemissionen für zukünftige Projekte

- Erprobung durchmesserverstärkter Seile - Erprobung hydrophil farbbeschichteter Seile

* Erprobung der adaptierten Mastgeometrie

- Entwicklung, Typprüfung und Erprobung Isoliertraverse

- Anbindung der Isoliertraverse an bestehende Stahlgittermasten - Erprobung des Montageablauf unter Berücksichtigung von

Instandhaltungsaspekten bzw. Optimierung der Abschaltungen

* Weiterentwicklung Schallmessmethodik

Einbau u. Erprobung der o.g. Komponenten in eine bestehende 380 kV-Ltg.

(380-kV-Leitung Dürnrohr- Kronstorf im Bereich Bezirk Melk)

(33)

Innovationssektion y d P G Vergleich vor- und nach dem Umbau

(34)

Innovationssektion

Vergleich Bestand - Umbau

3 8 0 -kV -D o p p e lle itu n g (Iso lie ra u sle g e r)

T ± 0

Leiterseil-Variante 3.1

a = 330 rr

Zone; B Leiterselle:

2x A lM g S l 604 H F A L 5 L W C TelllsHsrabstand: 400 mm, oO = 6.7 daN/m m s R Z L = 1 .5 d a N /n, A7I = 6 .0 daN/m f +BQ* = 13.64 m (a = 330 m) E rd se|||

1x AlM gSI/St 240/40 oO = 10.3 daN /rrm 2 R Z L = 1.5 daN/m. A Z L = 6.0 daN/m

(35)

Schalloptimiertes Leiterseil

vdPG

Seilbeschichtung mit hydrophiler Farbe

Seil ohne Beschichtung:

hydrophile Seilbeschichtung

Wassertröpfchen -> Teilentladungen/Corona benetzender Wasserfilm -> leises Seil

Vergrößerung des Seildurchmessers

ohne mechanische Auswirkungen auf die Masten

AlMgSi-Draht

vergrößerter Seildurchmesser -> reduzierte Randfeldstärke -> geringere Corona-Geräusche

Kunststoffröhrchen

(36)

Innovationssektion >d?G

Auswertung Dauerschallmessung bei Regen

Dauerschallmessung vor Umbau (2013) im Vergleich zur Messung nach Umbau (2016)

AUSTRIAN POWER GRID AG typische Regenrate für SchalIbewertung: 6 mm/h 36

(37)

Ergebnisse Dauerschallmessung Innovationssektion

Innovationssektion ist nach Umbau leiser als vor dem Umbau

- Effekt der Schallreduktion bei Innovationssektion ist abstandsabhängig

• Im Trassenbereich Reduktion um ca. 6 - 8 dB (bei 6 mm/h Regen)

• In 35 m Abstand: Reduktion ca. 5 - 6 dB

• In 70 m Abstand: Reduktion ca. 2 - 3 dB

(38)

Innovationssektion

Detailanalyse Schallpegel bei Regen für 70 m > d ? G

60

50 Dauerschall 2013

40

“ 30

20

10

SchalIpegel-Änderungen Innovationssektion

W e r t e f ü r 70 m A b s t a n d bei 6 m m /h R e g e n

neues Seil

1

2 6

Isoliertraversen dickeres Seil Beschichtung

Gesamt-Reduktion ca. 2 dB

altes Seil

Bestandsleitung

~ i --- r

Schallreduzierende Maßnahmen

44

I Dauerschallmessung 2016

Schalloptimierte neue Leitung

(39)

Ergebnisse Innovationssektion

vdPG

• Komponente Isoliertraverse typgeprüft und erfolgreich eingesetzt (inkl. Anbindung an bestehende Stahlgittermasten)

- Steht ab sofort als Komponente zur Verfügung

-> Einsatz bei Sanierungsprojekten, z.B. zur Erhöhung von Bodenabständen

z.B. 80-Grad Upgrade, Seiltausch Hochtemperaturseil, neue Ltg./Mastdesign (Twinni) -> Wesentliche technische Grundlage für Upgrade 220 -> 380kV geschaffen

• Durchmesserverstärktes Seil (Kunststofffüllung) entwickelt und erprobt

- Neue Technologie steht zur Verfügung

-> Einsatz z.B. bei Schallbeschwerden /Bestandsleitungen od. Sanierungsprojekten

• Hydrophile Seilbeschichtung erprobt

- Steht als neue Technologie ab sofort zur Verfügung

-> gleichzeitige Verbesserung betr. Sichtbarkeit/Landschaftsbild und Schallemissionen

- Einsatz bei Sanierungsprojekten und Netzverstärkungen (-> Hochtemperaturseil WB-EH)

(40)

Zusammenfassung

■ Energiepolitische, marktwirtschaftliche und insbesondere auch umweit- und klimapolitische Zielstellungen sind gegenwärtig nicht aufeinander abgestimmt

■ Netzbelastung stößt an ihre Grenzen: Entwicklungen im

Marktsystem und im physikalischen System müssen gesamthaft betrachtet werden

■ Europäisch abgestimmter, innovativer Netzausbau ist wirkungsvollster Beitrag zur Flexibilisierung des Gesamtsystems

und Systemsicherheit

40

'fi#

(41)

A U S TR IA N P O W E R GRID W E KEEP IT GOING

Austrian Power Grid

W agramer Straße 19, IZD-Tower 1220 Wien

Tel.: +43 (0)50320-161 w w w .apg.at

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Energy transition and security of supply - a contradiction?

Energiewende und Versorgungssicherheit - Ein Widerspruch?

Energiewirtschaftliche und technische Aspekte eines Zukunftsprojektes

Die Austrian Power Grid AG ist...

• der österreichische Übertragungsnetzbetreiber

• Regelzonen- und Regelblockführer Österreichs

• ITO gern. EIWOG seit März 2012

• eine 100% Tochter der VERBUND AG

• Arbeitgeber für 480 Mitarbeiterinnen

...und betreibt...

• 63 Umspannwerke

• 12.000 Maste

• ~7000km Systemlänge

Wirtschaftliche Kennzahlen:

• Anlagevermögen: 1.286 MEUR *

• Umsatzerlöse: 731 MEUR *

Anfang der überregionalen

Stromversorgung in Zentraleuropa - Generalplan Deutschlands

• 1928-1929

„Reichselektrizitätsversorgung“

durch Oskar von Miller

> d P G

• 1930/1941

Ziel der historischen Konzepte:

Instandhaltung von Leitungen und Werken ist von hoher Wichtigkeit

Beispiel: Altersstruktur der Übertragungsleitungen ><3PG

1 11

I I Jl l l l I l l 1 .1. . In 1l i l i

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1/3 der gesamten Übertragungsinfrastruktur ist älter als 30 Jahre!

Bedeutung von (Strom-) Infrastruktur zur Entwicklung moderner Volkswirtschaften

“Infrastructure is the bedrock of a nation’s competiveness,

prosperity and even social well-being. “ *

Säulen der sicheren Stromversorgung im europäischen Stromsystem

50 h

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Die Energieversorgung der Zukunft

C

■ Erneuerbar & Nachhaltig

Q i&Ü

Sicher & Günstig

Das Stromsystem heute - marktwirtschaftlicher

Kraftwerkseinsatz bestimmt Stromflüsse y d P G

Trends

4

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Erzeugung aus Laufkraftwerken YTD 2015/2016

><3PG

Tageserzeugung Laufkraftwerke

Zunehmende Volatilitäten im System fordern den Netzbetrieb

Flexibilisierung des Gesamtsystems ist für weitere Integration von EE und

Systemsicherheit entscheidend

Marktsystem für hohen Anteil an Erneuerbaren gerüstet?

®

IO

“Future Base” Preise

Zeitreihe für jedes “Future”-Jahr und Tag des Handels

am 7.7.2015

• Hoher West-Ost-Lastfluss in

*1 > 11111. -. 1111 ■ I ■

illllli.

Kritische Netzsituation APG

am 7.7.2015

Kritische Situation in PL in KW 33 (14.8.2015)

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Kritische Situation in PL in KW 33 (14.8.2015)

Weihnachts-Feiertage mit Import-Rekordwerten am 2.1.2015 rv-r >

bis zu 27.700 MW

bis zu 7.700 MW

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bis zu 5.600 MW

Weihnachts-Feiertage mit Import-Rekordwerten am 2.1.2015

bis zu 27.700 MW

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Umfangreicher Redispatch erforderlich, allein in AT bis

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