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1 From integration of renewables to a micro grid

2 Energy networks need components like... to deal with many new Photovoltaic Increased number of electric vehicles Windmills Storage Small hydro power plants Page 2 Division Smart Grid

3 Siemens integrates them in the Allgäu Integration of Renewable ENergy and Electromobility Page 3 Division Smart Grid

4 Why there? AÜW PV power kw bis Installierte Installed Leistung Installierte Annual addition Leistung Zubau Page 4 Division Smart Grid

5 Siemens scope Installation of a measurement and control system infeed from fluctuating renewables in a municipality with high Charging management of electric vehicles Control of active and reactive power from photovoltaics Storage of solar energy in different sized stationary batteries electric vehicles during peak times as well as in Voltage control via onload-tap-changer transformers Page 5 Division Smart Grid

6 Regenerative Energie & Smart Grid Veränderung der Verteilnetze 110kV 20kV Unidirektionaler Energiefluß Erzeugung / Verbrauch auf NS-Level Bidirektional Energiefluß Today 0,4kV Radiales System Einfacher Schutz Keine Datenerfassung Keine Intelligenz Ungeregelter Verteilnetz Transformator Seite Page 6 Nov Division 2011Smart Grid Tomorrow Intelligente Zähler Energy Speicher Vermaschtes System Adaptiver Schutz Umfangreiche Automatisierung Multifunktionale Kommunikation Erzeugung auf MS-Level e-car Infrastruktur Regelbarer Verteilnetz Transformator

7 Spannungsproblematik NS Verteilnetz Einspeisung durch dezentrale Erzeugungsanlagen Lokale Spannungs- Überhöhung Abhängig von der eingespeisten Leistung und der Netzimpedanz U max +10% 230 V U min -10% Überspannung durch dezentrale Erzeugung Smart-IED Das Smart-IED überwacht den Spannungspegel und regelt den Ortsnetztransformator entsprechend aus Normgerechtes einhalten des Spannungsbandes Dynamische Parameter Unsynchronisierte Lasten Dezentrale Einspeisung Statische Parameter Netzimpedanz EN50160 Versorgungsqualität?! Netz Störungsminderung durch verbesserte Netzqualität Größere Aufnahmekapazität für dezentrale Einspeisung Seite Page 7 Nov Division 2011Smart Grid

8 Verteilnetz Transformator für das SmartGrid Unter Last regelbarer Transformator 400 kva, 20 / 0.42 kv Entspricht typischer Spezifikationen (Dimensionen entsprechend) MV / LV Anschluss wie üblich Regelbereich abhängig von der Trafoleistung Größen: 160, 250, 400, 630 kva, für 10, 20 und 30 kv Ebene Lastschalter für 1.7 Mio Schaltspiele ausgelegt Seite Page 8 Nov Division 2011Smart Grid

9 Spannungsproblematik NS Verteilnetz Einspeisung durch dezentrale Erzeugungsanlagen Umkehr der Spannungs- Verhältnisse von der Einspeisung zum Leitungsende Smart-IED SICAM 1703 emic Das Smart-IED erkennt Überspannung in der Niederspannung und gibt Sollwerte an die Wechselrichter den Erzeugungsanlagen Der Prosumer (Kunde) kann optimiert einspeisen Dynamische Parameter Unsynchronisierte Lasten Dezentrale Einspeisung Statische Parameter Netzimpedanz EN50160 Seite Page 9 Nov Division 2011Smart Grid Versorgungsqualität?! Netz Störungsminderung durch verbesserte Netzqualität Größere Aufnahmekapazität für dezentrale Einspeisung Verzögerung teurer Netzausbauten

10 Inverter in verschiedenen Segmenten Market segment PV plant size Power Plant > 500 kw Commercial kw SINVERT PVM inverter Familie and Partnerprodukte Page 10 Division Smart Grid

11 Spannungsproblematik NS und MS Verteilnetz Einspeisung durch dezentrale Erzeugungsanlagen Überlastung des Verteilnetzes durch Schieflasten und Dezentrale Einspeisung S φ Q P S φ Q P } + ΔS [P] Smart-IED SICAM 1703 emic Das Smart-IED überwacht die Blindleistung und optimiert über PV-Wechselrichter oder Kondensatorbank Erhöhung der übertragbaren Energiemenge Dynamische Parameter Unsynchronisierte Lasten Dezentrale Einspeisung Statische Parameter Netzimpedanz Tragfähigkeit Netz Größere Aufnahmekapazität für dezentrale Einspeisung Verzögerung teurer Netzausbauten Steigerung der Energieeffizienz durch Blindleistungsregelung Seite Page 11 Nov Division 2011Smart Grid

12 Niederspannungs-Verteilung Siemens Energy Automation Lösung Mittelspannung Amis Meter Niederspannung SENTRON T DLC Modbus SINVERT Solar SIMEAS P Smart Meter Spannungsband einhalten Spannungsschwankungen dämpfen Übertragungsfähigkeit optimieren Optimierung des Verteilnetzes Störungsminderung durch verbesserte Netzqualität Größere Aufnahmekapazität für dezentrale Einspeisung Verzögerung teurer Netzausbauten Seite Page 12 Nov Division 2011Smart Grid

13 Der Weg in die Zukunft: Smart IED Netzoptimierung auf ganzer Breite: MS & NS Smart IED L1 100A -15 L2 120A +15 L3 90A -35 E 0A Feeder Status IEC balanced / unbalanced IEC IEC / Modbus RTU 1 x 8 Digital input (optional) L1 100A -15 L2 120A +15 L3 90A -35 E 0A C; high EMC Standard Feeder Status IEC Modbus RTU Power supply PV Inverters Battery Kurzschluss-/ Erdschlusserkennung Motorsteuerung Fern-/Ortumschalter Türkontakt Smart Grid Funktionen Power Quality Optimierung Transformator Monitoring und Steuerung 6-8 Wires Seite Page 13 Nov Division 2011Smart Grid

14 Verteilnetzautomatisierung Wiederversorgung in 4 Schritten SICAM PAS /SICAM 1703 Substation Automation Automatische Wiederversorgung Fehlermeldung an Substation Automation im Umspannwerk Automatisches Öffnen der Leistungsschalter des Ringes Automatisches Öffnen des Lastschalters am Fehlerort Automatisches Schließen der Lastschalters an der Trennstelle Wiederversorgung durch Schließen des Leistungsschalter 20kV 1703 Smart IED Feeder Automation 0,4 kv Seite Page 14 Nov Division 2011Smart Grid

15 Communication Situation Today - No Direct Communication Infrastructure 20kV Control Center Fiber Optic Network Energy Management System Micro grid manager Substation Automation 1 Setup for communication: 1 Cable / pilot wire GPRS Electronic Meter 1703 Smart IED Feeder Automation Tetra-Net WiMAX 1 BPLC kv 1 Dezentralized Energy Infeed Page 15 Division Smart Grid * Broad Band Power Line Communication

16 With IRENE, we simplifies power network operation by use of intelligent components... limits voltage raise and overcurrent problems by coordinating generation and consumption... keeps network extension to a minimum, thereby saving resources and reducing costs Page 16 Division Smart Grid

17 Intelligente Netzstationen bringen wirtschaftliche Vorteile Regenerative Einspeisungen, Klimaschutzziele, Anreizregulierung und Einhalten der Energiequalität benötigen ein aktives Verteilnetz mit intelligenten Netzstationen Daraus ergeben sich weitere wirtschaftliche Vorteile: Überwachen und Sicherstellen der Energiequalität Deutlich verkürzte Unterbrechungszeiten Beherrschen gesteuerter Überlastsituationen Netzausbau verschieben ggf. vermeiden Objektüberwachung FAZIT Seite Page 17 Nov Division 2011Smart Grid Siemens hat aus den Pilotprojekten ein durchgängiges Konzept erarbeitet und für jede Aufgabe den richtigen Baustein Mittelspannungsschaltanlage 8DJH Fernwirktechnik Smart IED Sensoren und Aktuatoren mit div. Partnern Kommunikation: konventionell und WiMAX / BPLC Substation Automation Netzleittechnik Dezentrales Energiemanagement Power Quality Sensoren Elektronische Zähler Netzplanung Applikationskompetenz

18 Thank you for your attention! Page 18 Division Smart Grid

19 Smart Suite Collect, evaluate and analyze data, provide applications Generate & transfer data SG vertical applications Horizontal IT Grid specific enterprise IT Operational IT Automation related IT Information & Communication Field Equipment Transmission automation Power Distribution automation Power, Gas, Heat, Water Asset management Grid control platform Energy Mgmt. system Rail electrification Power Forecasting & fleet/ portfolio management Distribution Mgmt. system Microgrid / VPP Power, Gas Business analytics Decentr. Energy Mgt. Grid automation platform Industrial applications Grid specific Communication platform Demand response Power, Gas, Heat, E-car infrastructure Grid Application platform DR platform Smart metering Power, Gas, Heat, Water Trading & risk management MDM, e.g. Street lighting Use data for intelligent management & optimization Primary Equipment Page Service Grid consulting & design Dec-11 Division Smart Grid Grid deployment & automation Smart grid Operation & optimization Value-added services

20 Energiewende 2022 im Allgäu Art Anzahl Leistung je Anlage Gesamtleistung Benutzungsstunden Erzeugung/ Jahr Wind 40 Anlagen 3 MW 125 MW GWh PV Dach/Freifl Dächer/ 5 Anlagen 12 kwp 450 kwp / 386 MW GWh Biomasse / Biogas 5 Anlagen / 10 Anlagen 500 kw 160 KW 13 MW GWh Wasser 4 Anlagen 500 kw 42 MW GWh Backup- Power 58 MW GWh Summe 566 MW 889 GWh Last 160 MW 1200 GWh 353% 74% Page 20 Division Smart Grid

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