Pilotnetz VEiN - Dezentrale Energieerzeugung auf dem Prüfstand

Transkript

1 Pilotnetz VEiN - Dezentrale Energieerzeugung auf dem Prüfstand René Soland, AEW Energie AG Leiter Geschäftsbereich Netze Mitgliederversammlung Verein Aargauer Naturstrom (ANS) Brugg, 9. April 2014

2 Agenda Informationen zum Projekt «VEiN» Pilotnetz Anlagen Erste Erkenntnisse Einsatz von selbstregulierender Transformator und elektrischen Energiespeicher Fazit Fragen / Diskussion Seite 2

3 VEiN Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze Forschungsprojekt zur Klärung der Auswirkungen von dezentralen Energieerzeugungsanlagen auf die elektrischen Verteilnetze Trägerschaft Gruppe Regionalwerke Seite 3

4 Umfeld des Projekts VEiN Ein vermehrter Einsatz von verteilten Einspeisungen in das Niederspannungsnetz ist in Zukunft zu erwarten. Seite 4

5 Problemstellungen Netzrückwirkungen Spannungsqualität Oberschwingungen Flicker Spannungsschwankungen Symmetrie im Drehstromsystem Beeinflussung von Rundsteueranlagen Netzstruktur, Regelung Lastmodellierung Kompensation von Blindleistung P- und f-regelung Versorgungssicherheit Optimierung Sicherheitsanforderungen Rückspeisung Inselbildung Schutztechnik selektive Fehlererkennung Personensicherheit Seite 5

6 Ausgangslage für Netzbetreiber Die Verteilnetzbetreiber sind im Kerngeschäft betroffen Der Ausbau und der Betrieb der Verteilnetze wird nachhaltig beeinflusst werden. Die Komplexität des Systems nimmt zu. Die Betriebsführung im Normalbetrieb und insbesondere im Störfall ist betroffen. Die Auswirkungen auf die Kunden sind zu beschränken; die Versorgungssicherheit und die Spannungsqualität beim Kunden darf nicht beeinträchtigt werden. (Haftung / Schadenersatzforderungen Seite 6

7 Bisherige Aktivitäten Theoretische Studie: 2001/2003 Titel*: Zunahme der dezentralen Energieerzeugungsanlagen in elektrischen Verteilnetzen Finanziert durch: BFE, KTI, ABB, PSEL, EW Davos, ewz, AEK Energie Ausgeführt durch: Schnyder Ingenieure AG; Hochschule für Technik und Informatik Biel, ABB Forschungszentrum Dättwil Machbarkeitsstudie: 2004/2005 Titel*: Dezentrale Erzeugungsanlagen in Niederspannungsnetzen Finanziert durch: BFE und AEW Energie AG Ausgeführt durch: AEW Energie AG, Schnyder Ingenieure Feldstudie mit Pilotnetz: Titel*: Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetzen «VEiN» Finanziert durch: AEW, BFE, BKW, CKW, DSV, EKZ, EWB, EWZ, Groupe E, Gruppe Regionalwerke, IWB, RE, StWW, WWZ * Seite 7

8 Zielsetzungen des Pilotprojektes 1. Aufbereitung und Sammlung von Fachwissen Neue Erkenntnisse gewinnen / Bestätigung der Theorie im Praxisumfeld Ermitteln der Auswirkungen auf die Verteilnetze für die Machbarkeit von VEiN 2. Technische Randbedingungen ausführlich definieren Monitoring, Mess-, Steuer- und Regelmöglichkeiten Unterbrechungsfreie Stromversorgung / Stabilität des Verteilnetzes Neue Netzelemente und Netzstrukturen / ICT-Systeme 3. Festlegung von Anschlussbedingungen für VEiN Ableiten von konkreten Regeln für den Anschluss von VEiN Seite 8

9 Pilotnetz in Rheinfelden TS Kreuzmatt Rheinfelden, TS Kreuzmatt Seite 9

10 Niederspannungsnetz ab TS Kreuzmatt Seite 10

11 Anlagen- und Objektübersicht Seite 11

12 Realisierte Anlagen PV-Anlagen Inst. Leistung Produktion Volllaststunden Alters- und Pflegeheim 32.8 kwp kwh kwh 967 h 859 h Parkhaus Parkresort Rheinfelden 60.1 kwp kwh kwh h 832 h Wohnbaugenossenschaft Zähringer 31.5 kwp kwh kwh h 981 h Privat: L Orsastrasse 9.4 kwp kwh kwh h 826 h Privat: Hermann Keller Strasse 10.9 kwp - * kwh - * 573 h TOTAL kwp kwh kwh * Inbetriebnahme Seite 12

13 Realisierte Anlagen BHKW-Anlagen Inst. Leistung Produktion Volllaststunden Alters- und Pflegeheim 48.0 kwp kwh kwh h h Schulhaus Robersten 90.0 kwp kwh kwh h 788 h TOTAL kwp kwh kwh Seite 13

14 Realisierte Anlagen Mini-BHKW-Anlagen Brennstoffzellen-Anlagen von Hexis, Produkt Galileo Brennstoffzellen-Anlagen von CFC, Produkt BlueGen (in Planung) HT-Brennstoffzelle intergierte Gas-Heizung el. Leistung: 1.0 kw th Leistung: 1.8 kw el. Wirkungsgrad: 33% Seite 14

15 Realisierte Anlagen Leichtwindanlage Leistung: 3.6 kw Durchmesser: 2 m Höhe Flügel: 3 m Gewicht: 250 kg Anschluss: 230 VAC Vmin: 2 m/s Vopt: 12 m/s Baugesuch Einsprache Anwohner Einigungsverhandlung Baubewilligung Plangenehmigung ESTI (Pn: 3.0 kw 3.6 kw) Baubeginn Inbetriebnahme Seite 15

16 Realisierte Anlagen Kleinst-Leichtwindanlagen Leistung: 500 W Durchmesser: 1.1 m Gewicht: 30 kg Anschluss: 230 VAC Vmin: 2 m/s Vopt: 14 m/s Seite 16

17 Anlagen in Abklärung max. Fallhöhe Ø Wassermenge el. Leistung Investitionskosten Jahresproduktion Gestehungskosten KEV-Vergütung 2.2 m 0.7 m 3 /s 11.0 kw CHF kwh 0.33 CHF/kWh 0.35 CHF/kWh Klein-Wasserkraftanlage Situation 2012 Seite 17

18 Anlagen in Abklärung Hebevorrichtung Leistung HKT : Pel (bei V= 2 m/s) = 4 kw Pel/a = Pel x h/a = kwh/a Platzverhältnisse ausreichend Strömungsgeschwindigkeit ungewiss Fischdurchgängigkeit ist sichergestellt Seite 18

19 Leitsystem Übersichtsbild Pilotnetz VEiN Seite 19

20 Leitsystem BHKW APH Seite 20

21 Leitsystem PV Parkhaus Kurzentrum Seite 21

22 Power-Quality-Messsystem PQ-Messsystem GridVis auf zentralem PC Seite 22

23 ICT-Struktur Übersicht Seite 23

24 Energiemessung durch Smart Meter www CRM Smart Metering Pilotnetz VEiN SAP IS-U EDM Netzwerk Leitsystem Kunden Web-Portal SMZ (Smart Meter Zentrale) ZFA Konzentrator PLC kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh Seite 24

25 Erkenntnisse Einspeisung TS Wirkarbeit und 15-Minuten-Leistungsmaximum Seite 25

26 Erkenntnisse Erzeugung PV-Anlage Wirkarbeit und 15-Minuten-Leistungsmaximum Seite 26

27 Erkenntnisse Erzeugung BHKW Wirkarbeit und 15-Minuten-Leistungsmaximum Seite 27

28 Messungen Abgang KK HKS TS Kreuzmatt Abgang KK HKS (P) TS Kreuzmatt Abgang KK HKS (U) Produktion PV Parkhaus & Zähringer (P) Produktion PV Parkhaus & Zähringer(U) Seite 28

29 Strang KK HKS Übersicht Jahr 2012 Bezug Abgang KK HKS PV Zähringer PV Parkhaus Seite 29

30 Einspeisung BHKW und PV Alters- und Pflegeheim Seite 30

31 Einspeisung BHKW und PV Alters- und Pflegeheim Seite 31

32 Test DU durch Q-Regulierung ( Dezember 2011) BHKW Schulhaus Robersten (S = 90 kva) Trafostation Kreuzmatt Trafo1 Blindleistung Q cos j 1,0 cos j = 0,8 (Abgabe Q) Blindleistung Q cos j = 0,8 (Bezug Q) DU = +/- 2,7% DU = +/- 0.8% Seite 32

33 Einsatz von selbstregulierender Transformator Typ SRT von R&S Seite 33

34 Regelung / Kommunikation / Steuerung Option Nr. 1 Trafostation Autonome Lösung Transformator lastregelbar mit inkludierter, autonomer Regelung basierend auf lokalen Spannungsmesswerten Frei wählbare Parameter werden definiert und vorgegeben Quelle: Siemens AG Seite 34

35 Regelung / Kommunikation / Steuerung Option Nr. 2 Offene Lösung Quelle: Siemens AG Transformator lastregelbar Externes Regelsignal wird definiert und bereitgestellt / Kommunikation der Messdaten zur Ortsnetzstation Mögliche Nutzung von Smart Meter Daten von grösseren Einspeisern Seite 35

36 Einsatz von elektrischen Energiespeicher 3 Anlagen 1 x 50 kw / 25 kwh MFH Zähringer mit PV-Anlage 31.5 kwp 2 x 9 kw / 10 kwh Alters und mit PV-Anlage 32.8 kwp und Pflegeheim mit BHKW 48 kwel (APH) Regelung (Anforderung) - Peak-Shaving beim Anschlusspunkt - Peak-Shaving bei Netzpunkten - Spannungshaltung bei Netzpunkten - Energiekosten optimierter Betrieb Seite 36

37 Ausgangslage: VEiN BHKW und PV APH Seite 37

38 Speicher Regelung Beispiel Peak-Shaving Vorgaben für Peak-Shaving - Leistungssollwert TS Kreuzmatt Abgang APH z.b. 10 kw - Sollwertoptimierung abhängig von Speicherkapazität Seite 38

39 Speicher Regelung Beispiel Spannungsregelung Vorgaben für Spannungsregelung - Sollwert Spannungsabfall TS Kreuzmatt VK Roberstenstrasse (dunkelgrüne Kurve) z.b. 0% - Sollwertoptimierung abhängig von Speicherkapazität Seite 39

40 Systemlandschaft Speichersystem Seite 40

41 9 kw Speicheranlage: Umrichter mit Batterieeinheit Product DESS Vac Continous Rated Power 9000 VA Parameters on AC Side Nominal AC On-grid 400 VAC Voltage Inverter 400 VAC Nominal Output Frequency 50 Hz Continous AC Output Current at 25 C 13.0 A at 25 C THD On-grid Current < 4 % Inverter Voltage 2 % AC max. Input Current 30 A Max. Inverter Efficiency 93 % AC Transfer Switch Time < 20 ms Reference Standard IEC :2010 VDE-AR-N 4105:2011 Output Waveform Sine Wave Battery Voltage Nominal 52 VDC Operation Range 48 ~ 57 VDC System Parameters Storage Capacity 8 kwh External Communication RS485 / RS232 Ambient Temperature Range 0 C 45 C Ambient Humidity Range 10 % 90 % Altitude < 2000 m Protection Grade Indoor PCS Cabinet Weight 95 kg Size 750 mm x 609 mm x 1270 mm BATTERY Cabinet Weight 210 kg Size 581 mm x 606 mm x 1273 mm Seite 41

42 9 kw Speicheranlage: Systemfunktionen Configuration Diagram of DESS (AC-bus) / Übersichtspanel Seite 42

43 Inverter On-grid Charging Mode Speichersystem im Lademodus Seite 43

44 Inverter On-grid Discharging Mode Speichersystem im Entlademodus mit PV-Einspeisung Seite 44

45 Inverter Off-grid Mode Betrieb ohne Netz (keine Netzsimulation für PV-Anlage) Seite 45

46 Erstes Fazit Pilotnetz VEiN Die Herausforderungen sind gross und die Problemstellungen vielschichtig und komplex Anspruchsvolle und nicht einheitliche System-Landschaft mit vielen proprietären Einheiten (Leittechnik, PQ-Messsystem, Smart Meter, Speichercloud) Viele Wege führen nach Rom, dies in Analogie zu den verschiedenen Kommunikationskanälen und Technologien die verwendet werden (meist Internet, IP-basierend) Die Entwicklung steht bei vielen Anwendungen und Geräten noch am Anfang (Bsp. Speicher, Mobilität, Smart Home) Funktionalität Smart Grid? Differenz zwischen Realität und Fiktion? Wirtschaftlichkeit der Produktionsanlagen? Politische und gesetzliche Rahmenbedingungen? Datensicherheit? (Buchempfehlung: BLACKOUT von Marc Elsberg) Spannende und interessante Ingenieurarbeit Wir sind gespannt auf die Resultate und Auswertungen der weiteren aktiven Netzversuchen Das Pilotnetz bietet Potenzial für weitere Themenbereiche im Umfeld Smart Grid und Smart Energy Seite 46

47 Fragen / Diskussion Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Informationen auch unter: Seite 47