AKTUELLE ERFAHRUNGEN MIT NETZGEKOPPELTEN BATTERIESPEICHERSYSTEMEN

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1 AKTUELLE ERFAHRUNGEN MIT NETZGEKOPPELTEN BATTERIESPEICHERSYSTEMEN ROLAND ZOLL, HERZLICHEN DANK AN DI.CHRISTOPHER KAHLER DER MAßGEBLICH BEIM ERSTELLEN DES FOLIENSATZES MITGEWIRKT HAT 1 DI Roland Zoll, K-PST

2 DIE ZUKUNFT DER NETZBETREIBER NETZE IM WANDEL DER ZEIT ~ Effizienz Kosten senken Standardisierung Optimierung Betriebsmittelauslastung Lebensdauer? ~ ~ Effektivität Smart Grid Erzeuger & Verbraucher & Speicher Smart Metering IKT ~ ~ Innovation Preise/Tarife Technologie Produkte Dienstleistungen 2 DI Roland Zoll, K-PST

3 INTERNATIONALE UND NATIONALE POLITISCHE EINFLUSSFAKTOREN Klimakonferenz von Paris Klimaabkommen für die Begrenzung der Erderwärmung (Begrenzung auf 1,5 Grad >> Dekarbonisierung) EU 2030 Ziele Senkung der Treibhausgasemissionen um mind. 40 % (gegenüber 1990) Anteil erneuerbarer Energiequellen von mind. 27 % Steigerung der Energieeffizienz um mind. 27 % Anteil an erneuerbare Energien stark steigend (Strom in Österreich: 100 % Erneuerbare bis 2030) >> Dezentralisierung Im Jahr 2030 stammen mehr als 20 %, % des Bruttoendenergieverbrauchs von Wien aus erneuerbaren Quellen (Smart City Wien Rahmenstrategie) Der Trend geht in Richtung Energieautarkie, E-Mobilität und Digitalisierung 3 DI Roland Zoll, K-PST

4 Photovoltaik im Versorgungsgebiet MW ,9 55,6 64, Okt Anzahl Anfragen für E-Mobilität MW ,4 4,0 4,5 8, Anzahl Smart Building & Speicher Smart Building Building Management Systeme Verhaltensänderung Eigenbedarfsoptimierung Marktaktivitäten Wärmepumpen (Stadt Wien: Dekarbonisierung) Speicher Heim-, Quartier- und Schwarmkonzepte sowie P2H Strategische Überlegungen Verteilnetz Internationale und nationale politische Einflussfaktoren I Globalisierung Forschung & Feldeinsatz Erkenntnisse Lobbying 4 DI Roland Zoll, K-PST

5 SPEICHERUNG HEUTE EIN RELEVANTES UND ZUKÜNFTIG EIN ESSENTIELLES THEMA! Der Netzerhalt und die Systemstabilität sind im Interesse der Verteilnetzbetreiber Durch die fluktuierenden Einspeiser und das veränderte Energieverhalten beim Kunden sind neue Speicherlösungen notwendig Kurzfristige Leistungsspitzen aus dem Netz werden mehr und volatiler Im Netz können thermische Überlastungen entstehen Für den Systemerhalt (Strom) und für die Stabilität ist es notwendig, dass Verteilnetzbetreiber Netzspeichersysteme in ihrer Infrastruktur besitzen Die Integration von Speichersystemen in die Netzinfrastruktur stellt in Zukunft ein notwendiges Instrument für den Verteilernetzbetreiber dar 5 DI Roland Zoll, K-PST

6 Wir forschen für unsere Zukunft Dezentrale Batteriespeichersysteme in smarten Trafostationen Netzdienstleistungen Anwendungsübergreifende Nutzung 6 DI Roland Zoll, K-PST Ein gezielter Einsatz von Netzspeichersysteme für Netzdienstleistungen, um die Netzstabilität, die Netzqualität und die Versorgungssicherheit auch in Zukunft weiterhin sicherstellen zu können!

7 FORSCHUNGSPROJEKT FACDS UNSERE ZIELE Leistungselektronik und Batteriemanagement Geschäftsmodelle Kommunikation, Betrieb und Monitoring Mehrfachnutzung Batterie- Betriebsmodi Ökonomische und rechtliche Bewertung 7 DI Roland Zoll, K-PST

8 NETZSPEICHERSYSTEME INSTALLATIONSKONZEPT & TECHNISCHE DATEN Messdaten Analysen Kriterien: keine zu niedrige Gesamtauslastung hohe Unsymmetrie dynamische und statische Unsymmetrie bauliche Voraussetzungen 5 smarte Trafostationen Fünf Netzspeichersysteme à 100 kw / 120 kwh Batterietechnologie: LiFePO4 Umrichter: 2 x B6 Brücken / 3 Phasen Systemkosten: ~950 /kwh Batteriekosten: ~500 /kw Heute: ~350 /kwh Betriebsmodi Gleichmäßige Belastung der Phasen (Symmetrierung) Bandregelung & Blindleistungsregelung cos(φ) & Grenzwert für Beladung Wirkleistung Sollwertvorgabe Begrenzung der Spitzenlast (Peak Shaving) Bandregelung 8 DI Roland Zoll, K-PST

9 NETZSPEICHERSYSTEME EINBRINGUNG IN DIE TRAFOSTATION Einbringung Batterie Einbringung Batterie Einbringung Umrichter 9 DI Roland Zoll, K-PST

10 NETZSPEICHERSYSTEME 10 DI Roland Zoll, K-PST

11 PEAK SHAVING Symmetrischer Speicherbetrieb I Wirkleistung gesamt I Speicher laden 0-8 Uhr 250 kw So Di Speicher leer 200 kw Netz 180 kw 150 kw 100 kw 50 kw Speicher ~48 kw 08:00 22:00 08:00 22:00 08:00 22:00 So Mo Di DI Roland Zoll, K-PST

12 PEAK SHAVING Symmetrischer Speicherbetrieb I Wirkleistung gesamt I Speicher laden 0-8 Uhr 250 kw Dienstag Speicher leer 200 kw Netz 180 kw 150 kw 100 kw 50 kw Speicher ~38 kw 0 kw 02:00 06:00 12:00 20:00 00:00 12 DI Roland Zoll, K-PST

13 BANDREGELUNG Symmetrischer Speicherbetrieb I Wirkleistung gesamt 45 kw +5/-10 kw 50 kw Sonntag kw Netz 40 kw 35 kw ~32 kw 30 kw 20 kw Speicher 10 kw 0 kw -10 kw -20 kw ~15 kw 04:00 12:00 20:00 00:00 04:00 13 DI Roland Zoll, K-PST

14 BANDREGELUNG Symmetrischer Speicherbetrieb I Wirkleistung gesamt 45 kw +5/-10 kw Montag Netz 50 kw 50 kw 40 kw 30 kw 20 kw 10 kw 35 kw Speicher ~20 kw 0 kw -10 kw -20 kw ~15 kw 06:00 12:00 20:00 00:00 04:00 14 DI Roland Zoll, K-PST

15 SYMMETRIERUNG Unsymmetrischer Speicherbetrieb I Wirkleistung I Symmetrierung ab 6 Uhr I Speicherladung 30 kw 80 kw 75 kw Montag kw Teilsymmetrierung 50 kw 30 kw 00:00 06:00 12:00 20:00 15 DI Roland Zoll, K-PST

16 BLINDLEISTUNGSMANAGEMENT Symmetrischer Speicherbetrieb I cos ᵩ= 0,95 von 10:00 13:00 und 17:00 20:00 I Speicher Ladung > 40 kw 100 kvar 80 kvar Dienstag Wirkleistung Netz Speicher laden 80 kw 60 kw 40 kvar 40 kw 20 kw 0 kvar 0 kw -40 kvar Blindleistung Netz Blindleistung Speicher -20 kw 06:00 10:00 13:00 17:00 20:00 02:00 16 DI Roland Zoll, K-PST

17 ERSTE ERFAHRUNGEN & QUICK WINS Netzspeichersysteme sind neue aktive Betriebsmittel für den Verteilnetzbetreiber welche sich vom klassischen Systemen abheben IKT Anbindung (z. b. Security) Neue Art der Wartung (Fernzugriffs des Herstellers) Vorgehensweise bei Störungen (Sicherheitsaspekte etc.) Ausbildung von Netztechnikern: IT & Elektrotechniker <> Mechatroniker (Auto) Die Speichersysteme können heute die gewünschten technischen Anforderungen für Verteilnetzbetreiber noch nicht zur Verfügung stellen Engineering wird benötigt und ist heute ein Teil von Forschungsaktivitäten ( Input für Industrie) Der Betrieb zeigt, dass die angegebenen Leistungswerte der Netzspeichersysteme nicht jederzeit abgerufen werden können (abhängig von SOC und Temperatur) Messungen im Labor zeigten einen schlechten Teillastwirkungsgrad der Netzspeichersysteme bei Single-Mode (Verbesserung bei hybrider Nutzung) 17 DI Roland Zoll, K-PST

18 ERSTE ERFAHRUNGEN & QUICK WINS Die (gewünschte) Plug and Automation führt zu einer noch höheren Komplexität des Systems Der Betrieb weißt SOC-Sprünge der Batterie auf, vor allem wenn keine Vollzyklen abgerufen werden SOC-Wert der Netzspeichersysteme (HEUTE) Die derzeit vorliegende SOC-Wert Bestimmung führt zu unbefriedigenden Ergebnissen Eine starke Begrenzung der zur Verfügung stehenden Kapazitäten (~80 %) Schwellwertschalterverhalten (On-Off-On-Off) Heute erfolgt dafür eine übermäßige Einbringung von Kapazitäten! SOC-Wert: Zusätzliche Lösungsansätze zur Bestimmung sind erforderlich Eine neue Bestimmungsmethode des SOC-Wertes ist notwendig Durch welche Methode wird die Spannung ermittelt? Ist das momentane Cell-Balancing die effektivste Methode? Verbesserung durch zusätzliche Innenwiderstandsbestimmung 18 DI Roland Zoll, K-PST

19 SOC-SPRÜNGE IM NETZSPEICHERSYSTEM 40 % bis % SOC Sprünge [%] 20 % 10 % 0 % -10 % -20 % Messintervall 5 min je SOC Beim Beladen (pos. Werte) sieht man höhere Absolutwerte im Vergleich zum Entladen (neg. Werte), dafür ist die Anzahl der Sprünge beim Entladen größer 19 DI Roland Zoll, K-PST

20 PV UND BATTERIESPEICHER IM SMART BUILDING 100 Wirkleistungsverlauf P[kW] Tagesstunde [h] Tageslastverlauf ( ) PV ohne Batteriespeicher 20 DI Roland Zoll, K-PST

21 PV UND BATTERIESPEICHER IM SMART BUILDING 140 Wirkleistungsverlauf P[kW] Tagesstunde [h] Tageslastverlauf ( ) mit Batteriespeicher 21 DI Roland Zoll, K-PST

22 ERSTE ERFAHRUNGEN & QUICK WINS Erste Simulationen zeigten, dass die Netzverluste mit Netzspeichersysteme nicht reduziert werden können nur bei hoher Auslastung und hohen Unsymmetriegrad im Netz (Reduktion der Netzverluste: ~ 0,5 % / max. 0,7 %) die Umrichterverluste verstärken die Netzverluste Eine Netzkategorisierung (Entwicklung PV & E-Mobilität & Wärmepumpe) wird benötigt und führt zu unterschiedlichen Speicherdimensionierungen und Betriebsmodi Wo im Netz können Speicher sinnvoll sein? Welche Speichanzahl erwarten wir? Welche Speicherdimensionierung wird benötigt? One Size fits all gibt s nicht bewirkt maximal schlechte Ausnutzung bzw.ɳ 22 DI Roland Zoll, K-PST

23 WELCHE VORTEILE HABEN NETZSPEICHER? Netzspeichersysteme stellen für den Verteilnetzbetreiber ein mögliches zukünftiges Potential für Flexibilitätsoptionen dar Mobilisierung der vorhandenen Netzreserven Gleichmäßige Auslastung der Stromleiter (Symmetrierung) Beherrschung kurzfristiger, temporärer und lokal kritischer Netzsituationen Es können mehr Verbraucher und Erzeuger an das Verteilnetz angeschlossen werden Durch den gezielten Einsatz von Speichersystemen kann der Blindleistungshaushalt beeinflusst werden, die Netzstabilität und -qualität kann weiterhin gewährleistet werden. Die Speichersysteme können durch ihre flexible Einsatzmöglichkeit eine effiziente Netzverstärkung darstellen technologischer ökonomischer Vorteil Eine rasche und gezielte Einbringung von Netzspeichersystemen vor Ort ist möglich Stellen ein mobiles System dar welche auf die jeweilige Netzsituation gezielt reagieren Anbieten von Netzdienstleistungen Durch Mehrfachnutzung für alle beteiligten rentabel? 23 DI Roland Zoll, K-PST

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit DI Roland Zoll Netzplanung Strom & TK T: E:

25 Situation Speicherausfall: Variables Zeitfenster bis Speichereinsatz zur Spitzenzeit mit möglichen Versorgungsausfall /. 25 DI Roland Zoll, K-PST