Pilotnetz VEiN Dezentrale Energieerzeugung im Feldversuch

Transkript

1 Pilotnetz VEiN Dezentrale Energieerzeugung im Feldversuch René Soland, AEW Energie AG Leiter Geschäftsbereich Netze Mitglied der Geschäftsleitung Pool Aargau Nord Ost, Versammlung der Delegierten Rheinschiff, 8. Mai 2013

2 Agenda Informationen zum Projekt «VEiN» Pilotnetz Anlagen und Systeme Erste Erkenntnisse Aktuelle Themen 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 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 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 14

15 Anlagen in Planung Leichtwindanlage Prinzipschema Seite 15

16 Anlagen in Planung PV-Anlage röm. kath. Kirchgemeinde, Pfarreigebäude 127 Module à 245 Wp 31.1 kwp SunPower 245: el. Wirkungsgrad 19.7% Erwartete Jahresproduktion: kwh Seite 16

17 Anlagen in Planung Kleinst-Leichtwindanlagen Leistung: 500 W Durchmesser: 1.1 m Gewicht: 30 kg Anschluss: 230 VAC Vmin: 2 m/s Vopt: 14 m/s Seite 17

18 Anlagen in Planung Kleinst-Leichtwindanlagen Fotomontagen für die Baueingaben Seite 18

19 Anlagen in Planung Mini-BHKW-Anlagen 1 Brennstoffzellen-Anlagen von Hexis, Produkt Galileo 1 Brennstoffzellen-Anlagen von CFC, Produkt BlueGen Finanzierung hauptsächlich durch den Gasverbund Mittelland GVM Organisation durch Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches SVGW HT-Brennstoffzelle intergierte Gas-Heizung el. Leistung: 1.5 kw th Leistung: 0.6 kw el. Wirkungsgrad: 60% HT-Brennstoffzelle intergierte Gas-Heizung el. Leistung: 1.0 kw th Leistung: 1.8 kw el. Wirkungsgrad: 33% Seite 19

20 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 20

21 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 21

22 Leitsystem Übersichtsbild Pilotnetz VEiN Seite 22

23 Leitsystem BHKW APH Seite 23

24 Leitsystem PV Parkhaus Kurzentrum Seite 24

25 Power-Quality-Messsystem PQ-Messsystem GridVis auf zentralem PC Seite 25

26 Energiemessung durch Smart Meter CRM SAP IS-U EDM Leitsystem www Kunden Web-Portal Smart Metering Pilotnetz VEiN Netzwerk SMZ (Smart Meter Zentrale) ZFA Konzentrator kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh kwh Seite 26

27 Erkenntnisse Einspeisung TS Wirkarbeit und 15-Minuten-Leistungsmaximum Seite 27

28 Erkenntnisse Erzeugung PV-Anlage Wirkarbeit und 15-Minuten-Leistungsmaximum Seite 28

29 Erkenntnisse Erzeugung BHKW Wirkarbeit und 15-Minuten-Leistungsmaximum Seite 29

30 VEiN BHKW und PV Alters- und Pflegeheim Seite 30

31 VEiN BHKW und PV Alters- und Pflegeheim Seite 31

32 VEiN BHKW und PV Alters- und Pflegeheim Seite 32

33 VEiN Bilanz Gesamtnetz Seite 33

34 Test Einspeisung PV-Anlagen ( März 2012) rot: Einspeisung ab PV-Anlage Parkhaus Kurzentrum grün: Einspeisung ab PV-Anlage Zähringer blau: KK Roberstenstrasse im NS-Netz Gemeinsamer Netzpunkt der beiden PV-Anlagen und der Verbraucher negative Werte = Energiebezug von TS positive Werte = Rückspeisung zur TS Verteilte Einspeisung in Niederspannungsnetze (VEiN) / / N-SOR Norm EN50160: Umax = 400V + 10% Technische Regeln D-A-CH-CZ: DUmax = 3% Seite 34

35 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 35

36 DIgSILENT Netzsimulation mit DIgSILENT DIgital SImuLation and Electrical NeTwork calculation program: Nachberechnung des Tests: Übereinstimmung Messung / Simulation x-achse:calc24hrs: time in h PV-Anlage: Leiter-Erde Spannung, Betrag L1 in V DEA_PV_Parkhaus_Kurzentrum_L1_usetp: Aktueller Wert x-achse:calc24hrs: time in h PV-Anlage: Leiter-Erde Spannung, Betrag L2 in V DEA_PV_Parkhaus_Kurzentrum_L2_usetp: Aktueller Wert Spannung bei PV-Anlage Parkhaus Kurzentrum Maximale Abweichung der Spannung: 1.0V 0.44% x-achse:calc24hrs: time in h PV-Anlage: Leiter-Erde Spannung, Betrag L3 in V DEA_PV_Parkhaus_Kurzentrum_L3_usetp: Aktueller Wert Spannung PV-Anlage gross Präs Datum: Anhang: /19 Seite 36

37 DIgSILENT Simulation des Testszenarios Unsymmetrie Was wäre wenn, die PV-Anlage Parkhaus Kurzentrum mit max. Leistung auf Phase L3 einspeisen würde? x-achse:calc24hrs: time in h N827190: Spannung L1 bei max Einspeisung [p.u.] N827190: Spannung L1 ohne PV-Anlage [p.u.] Maximale Spannungsabsenkung in L1: 2% x-achse:calc24hrs: time in h N827190: Spannung L2 bei max Einspeisung [p.u.] N827190: Spannung L2 ohne PV-Anlage [p.u.] x-achse:calc24hrs: time in h N827190: Spannung L3 bei max Einspeisung [p.u.] N827190: Spannung L3 ohne PV-Anlage [p.u.] Maximale Spannungsanhebung in L3: 5.2% Spannung DEA Parkhaus max/ohne Datum: Anhang: /21 Seite 37

38 Erkenntnisse BHKW APH Wirtschaftlichkeit Parameter Elektrische Leistung: 48 kw Thermische Leistung: 82 kw Feuerungsleistung: 146 kw Geplante Nutzungsdauer 15 Jahre Kennzahlen (ca. Werte) Investition: 530 TCHF Kapitalkosten: 60 TCHF pro Jahr Betriebskosten: 105 TCHF pro Jahr Stromerlös: 20 TCHF pro Jahr (Einspeisetarif ohne KEV CHF/kWh) Wärmeerlös: 80 TCHF pro Jahr Gestehungskosten elektrisch gerechnet 0.29 CHF/kWh Seite 38

39 Aktuelle Themen Selbstregulierender Transformator Speicherelemente Stromrichter für mobile Einspeisung Seite 39

40 Selbstregulierender Transformator Typ SRT von R&S Seite 40

41 Selbstregulierender Transformator Einbindung in VEiN- Leitsystem Aufschaltung auf Unterstation mittels IO s Betriebsüberwachung Regelbetrieb, Kommunikationsfehler, Temperaturfehler, anderer Fehler Ansteuerung ab Leitsystem Regelung Ein/Aus, externer Sollwert, externer Istwert, Regelgeschwindigkeit Funktionen Ungeregelter Betrieb wie konventioneller Trafo Geregelter Betrieb mit internem Ist- und Sollwert internem Istwert und externem Sollwert externem Ist- und Sollwert externer Istwert wird vom Leitsystem aus mehreren Messwerten im NS-Netz ermittelt Seite 41

42 Elektrische Energiespeicher 3 Anlagen 1 x 50 kw / 25 kwh im MFH Zähringer mit PV-Anlage 30 kwp 2 x 9 kw / 10 kwh im APH mit PV-Anlage 30 kwp und mit BHKW 48 kwel Prinzipschema Disposition APH Seite 42

43 Aufschaltung Notstromaggregate über Stromrichter Mobile Anlagen Notstromaggregate mit Aufschaltung über Stromrichter 3 x 90 kw Anschluss an verschiedenen Netzpunkten Prinzipschema Seite 43

44 Erstes Fazit Die Herausforderungen sind gross Die Problemstellungen sind vielschichtig und komplex Differenz zwischen Realität und Fiktion? Wirtschaftlichkeit? Spannende und interessante Ingenieurarbeit Wir sind gespannt auf die Resultate und Auswertungen der weiteren aktiven Netzversuche Das Pilotnetz bietet Potenzial für die Themenbereiche Smart Grid und Energiespeicher Seite 44

45 Fragen / Diskussion Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Informationen auch unter: Seite 45