Erfahrungen aus internationalen Smart Grid Projekten übertragen auf die Energiewende. Dr. Matthias Muscholl Smart Energy 2014, Dortmund 28/11/2014

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1 Erfahrungen aus internationalen Smart Grid Projekten übertragen auf die Energiewende Dr. Matthias Muscholl Smart Energy 2014, Dortmund 28/11/2014

2 Spannungsfelder Active Network Management RéFlexE - Response of Flexibility of Electricity for smart grid Nice Grid, Carros, Südfrankreich Erfahrungen ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

3 Kapazität Spannungsfelder der Energiewende in Deutschland hoch EE Einspeisevorrang Aggregator / VKW Dezentrale Speicher DR Intraday Markt / Selbstvermarktung Pumpspeicher Var Speed Pumping KW Abschaltbare Lasten Lokalitätenscharfe Flexibilität EE Erzeugungsmanagement Redispatch / Countertrading Eigenerzeugung gering Netzverträglichkeit hoch ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

4 Kapazität Spannungsfelder der Energiewende in Deutschland hoch EE Einspeisevorrang Aggregator / VKW Dezentrale Speicher DR Intraday Markt / Selbstvermarktung Pumpspeicher Var Speed Pumping KW Abschaltbare Lasten Lokalitätenscharfe Flexibilität EE Erzeugungsmanagement Redispatch / Countertrading Eigenerzeugung gering Netzverträglichkeit hoch ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

5 Active Network Management Angle Constrained Active network Management Firm Firm Dispatchable V 4 V 1 Magnitude Phase V 4, V 1 Phasor format Time GPS Timestamp Increase capacity to accommodate Renewable Generation by constraining angle Benefits include: Manage multiple constraints (base case, n-1, n-2) Simple control logic Easy to maintain and modify ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

6 Active Network Management Using Angles for Generation Control Angle Constraint = 3.8 Marginal reduction of capacity factor More capacity More energy ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

7 Active Network Management Anglesey Pilot Project (North Wales, UK) Substation PDC SUBSTATION 3G Router 3G Wireless Mobile Network (VPN) VIRTUAL CLOUD Ethernet Ethernet PMU Internet ALSTOM SPEN Archiving & Analysis Visualization ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

8 Kapazität Spannungsfelder der Energiewende in Deutschland hoch EE Einspeisevorrang Aggregator / VKW Dezentrale Speicher DR Intraday Markt / Selbstvermarktung Pumpspeicher Var Speed Pumping KW Abschaltbare Lasten Lokalitätenscharfe Flexibilität EE Erzeugungsmanagement Redispatch / Countertrading Eigenerzeugung gering Netzverträglichkeit hoch ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

9 RéFlexE - Response of Flexibility of Electricity for smart grid Hotels : Fairmont & MC Bay Tertiary office : C2R, RSI, ETSI, Toyota, Edhec Industries : STEP Draguignan Réseau d eau potable Sites Propreté Public buildings : Airport of Nice Parc Azur Nice city 14 tertiary buildings: > m2 6 industrial sites > 10 MW - Target Demand Response >1 MW ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

10 Air coditioning Cooling Charging Processes Steps DERMS Solution for Aggregators Market Balancing Mechanism Aggregator Interfaces Forecast Interface Performance Reporting Monitoring & Control Market Interface Settlement Verification Flexibility Aggregation Constraint Management Business Management Bid Support Enrollment Process Trader UI Aggregator UI Device Interface Flexibility Management Sites Assets/DER ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

11 Air coditioning Cooling Charging Processes Steps DERMS Solution for Aggregators Market Balancing Mechanism Market trends, weather conditions, grid congestion Aggregator Interfaces Forecast Interface Performance Reporting Monitoring & Control Market Interface Settlement Verification Flexibility Aggregation Constraint Management Device Interface Business Management Bid Support Enrollment Process Flexibility Management Fast bidding Optimize Market bids based on expected prices, requirements (power/activation time) Trader UI Calculate aggregation / disaggregation plans Aggregator UI Optimize portfolio of available strategies Calculate availabilities for given strategies Sites Availability at a given time Strategies to explore Build in flexibility Assets/DER ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

12 Reflexe: facilitating DR participation in a market Innovation: Integration of DRMS with Operational Data Manager Optimal DR market bid construction Near real-time event monitoring and control Event management at the market entity level Optimal DR scheduling Near real-time monitoring of event performance ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

13 Kapazität Spannungsfelder der Energiewende in Deutschland hoch EE Einspeisevorrang Aggregator / VKW Dezentrale Speicher DR Intraday Markt / Selbstvermarktung Pumpspeicher Var Speed Pumping KW Abschaltbare Lasten Lokalitätenscharfe Flexibilität EE Erzeugungsmanagement Redispatch / Countertrading Eigenerzeugung gering Netzverträglichkeit hoch ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

14 Nice Grid, Carros, Südfrankreich Carros hat Einwohner und umfaßt das größte Industriegebiet des Départements Département Alpes-Maritimes ist eine elektrische «Halbinsel», versorgt durch eine einzige 400 kv Übertragungsleitung 1,8 MWp an installierter PV Leistung 88 MS/NS Transformatoren 20 MW Spitzenlast 400 kv line MARSEILLE TOULON CARROS NICE CARROS Gewerbegebiet gemischte Wohnviertel

15 Nice Grid, Carros, Südfrankreich Carros hat Einwohner und umfaßt das größte Industriegebiet des Départements Département Alpes-Maritimes ist eine elektrische «Halbinsel», versorgt durch eine einzige 400 kv Übertragungsleitung 1,8 MWp an installierter PV Leistung 88 MS/NS Transformatoren 20 MW Spitzenlast 400 kv line MARSEILLE TOULON CARROS NICE Use cases Verbesserung der PV Integration in einem Verteilnetz Test von 3,5 MW Demand Response Test eines Inselbetriebs auf Niederspannungsebene für beschränkte Zeit Einbindung des Endverbrauchers als Prosumer

16 Nice Grid Use Cases auf der Karte PV Zonen 550 SM - Kunden 150 kwp Solar Prosumer: 2600 SM - Kunden ca. 10 Industriekunden > 7,7 MWpeak Inselbetrieb 12 Gewerbekunden 420 kwp Solar Batterien Cailletiers Pesquier Colombie Rosemarines Lou Souleou Plaine 1 Docks Trachel

17 Verfügbaren Flexibilitäten im Netz Stromlieferant (Aggregator) Netzbetreiber 1 MW, Mittelspannung Gesteuerte Stromheitzung Eigenbestimmtes Stromsparen + SMS 33 kw, Niederspannung + Industriekunden + Regelbarer Ortsnetztrafo 4 kwh, Niederspannung 18

18 Air coditioning Cooling Charging Ziele ausgewählter Marktteilnehmer im liberalisiserten Energiemarkt VPP 1 VPP 2 Kritik: Betrieb verteilter Kraftwerke kann Netzengpässe verschärfen oder erst hervorrufen Standorte Liberalisierter Energiemarkt: - VNB & ÜNB Sicherer Netzbetrieb, Versorgungsqualität - Stromanbieter Kundenkontakt, Marktteilnehmer - Aggregators Vermarktung von Flexibilitäten - Endkunden Besitzen dezentrale Erzeugung / flexible Lasten, Suchen günstigsten Anbieter Der liberalisierte Energiemarkt funktioniert für engpassarme Netze Flexible Lasten Eingriff von Netzanbietern notwendig VPP: Verteilte Kraftwerke 19

19 Beispiel eines durch VPP verursachten Netzengpässes Redispatch des ÜNB zur abendlichen Höchstlast von 18-20h zur Entlastung der 400 kv Übertragungsleitung nach Carros Demand Response wird lokal ausgelöst. Zum Ende des DR Events verursacht die gleichzeitige Zuschaltung der Verbraucher eine Überlast im Verteilnetz => Konzept in Nice Grid: Einführung von Lokalitäten (Netzsegmenten) an denen Flexibilitätsreserve vom ÜNB und VNB eingekauft werden Lokalitäten haben Restriktionen Lokalitäten fragen Flexibilitäten nach Lokalitäten werden von den Netzbetreibern publiziert Lokalitäten stehen zueinander in Konkurenz High PV production does not permit for load decrease. Locational Constraints Locational Power Request 20 The DSO detects a risk of transformer overload after a TSO DR event. TSO requests load decrease to reduce peak load. DSO requests load increase to reduce tomorrow's risk of PV disconnection.

20 Einordnung in das Ampelkonzept für den Netzbetrieb Netzzustand Funktion Nutzung Gefährdung und/oder Störung eines sicheren Netzbetriebs Wahrung der Versorgungssicherheit Netzdominiert ohne vertragliche Grundlage Störung eines sicheren Netzbetriebs prognostiziert Vermeidung volkswirtschaftlich ineffizienten Netzausbaus Netzorientiert auf Grundlage vertraglicher Vereinbarung en Nice Grid: - Flexibilitätsmarkt - rekonfigurierbare Lokalitäten - vortägiger Einkaufsprozess - untertägiger Abrufprozess In Sollbereichen befindliches Netz Ausgleich von Systemweiten Ungleichgewichten Marktorientiert auf Grundlage vertraglicher Vereinbarung en Quelle: VKU, Risch, Ausgestaltung Ampelkonzept Netzbetrieb, 07/

21 Stand der Arbeiten Anwerben von Kunden Sommer o Variabler Stromtarif (Nebentarif) um die Mittagszeit (2013) o Steuerung der Warmwasseraufbereitung (2014) und der Batterien (2015) Winter o Gesteuerte Heitzung (2014) o Eigenbestimmtes Stromsparen (2014) o Abschaltbare gewerbliche Lasten (2014) o Änderungen im Produktionsprozess (Industrie) (2015) Informationstechnologie Netzwork Energy Manager als Marktplattform für Flexibilitäten; Bedarfsvorhersage, Einkauf (ÜNB und VNB); Optimierung und Einsatz (2013) Anbindung von VPP Systemen konkurierender Aggregatoren (2014) Steuerung der Flexibilitäten durch Smart Metering (2013) oder Home Energy Manager (2015) 22

22 Erste Ergebnisse: Herausforderungen und Erfolge Anwerben von Kunden Für Haushalte aufwendig (ca. 250 Kunden = 10% der geeigneten Haushalte) Industriekunden möglich wenn Teil der betrieblichen Nachhaltigkeitsstrategie Installation von Technik Smart Meter: 95% der versorgten Haushalte -> Warmwasseraufbereitung 2,5 kw an Flexibilität Ferngesteuerte Schaltung von Heitzgeräten: Stabilität von jungen Unternehmen Kunde wünscht keine Komforteinbußen 0,3 kw Eigenbestimmtes Stromsparen: SMS Durchschnitt 0,5 kw bis zu 2 kw Industrielle Lasten: keine Bereitschaft zum fiktiven Testen (warmer Winter) Stromanschluß im Unternehmen (Aufwand zur Verbrauchsmessung) Batterien: hoher administrativer Aufwand zur Abdeckung des Betreiberrisikos Informationstechnologie Netzwork Energy Manager stabil und operativ Anforderungen an die IT Sicherheit sorgte für Verzögerungen in der Systemintegration bei den Aggregatoren 23

23 Puissance en kw Puissance en kw Puissance en kw Puissance en kw Power (kw) NICE GRID: SOLAR OFF-PEAKS HOURS 3 3 2,5 3 2, ,5 2,5 2 1,5 2 1, ,5 1,5 1 0,5 1 0, ,5 0, Résultat des heures creuses solaires Nice Grid - Eté 2013 Résultat des heures creuses solaires Nice Grid - Eté 2013 Résultat des heures creuses solaires Nice Grid - Eté 2013 Résultat des heures creuses solaires Nice Grid - Eté 2013 Load shift to noon - 4 pm 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Heure 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Heure 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Heure Heure HC solaires With Solar off-peak hours HC 22H30-6H30 HC solaires With initial off-peak hours HC 22H30-6H30 (22:20-06:30) Production PV Production PV HC solaires HC solaires HC 22H30-6H30 HC 22H30-6H30 Production PV PV Generation (40 generators) Production PV Average load curve for a summer day

24 Puissance en kw power (W) NICE GRID: LOAD SHEDDIND ,5 2,5 Résultat des heures creuses solaires Nice Grid - Eté 2013 Résultat des heures creuses solaires Nice Grid - Eté Puissance en kw 1,5 1, HC solaires HC solaires Usual day HC 22H30-6H30 HC 22H30-6H30 Production PV Peak day Production PV ,5 0, :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Heure Heure Average consumer profile

25 Erfahrungen Smart bedeutet einfach und intelligent EMM ist eine Notmaßnahme Markteinbindung wünschenswert Regulatorische Hemmnisse z.b. bei der Teilnahme am Regelenergiemarkt abbauen Quelle: Monitoringbericht 2013 Signifikante Flexibilitäten lassen sich im Gewerbe und Industrie erschliessen. Für standard Haushalte steht der Aufwand nicht im Verhältnis zum Potential. Abwegung zwischen einer Bewirtschaftung von Engpässen und dem Netzausbau. Datensammeln vermeiden, Entscheidungsspielräume schaffen und lenken ALSTOM All rights reserved. Information contained in this document is indicative only. No representation or warranty is given or should be relied on that it is complete or correct or will apply to any particular project. This will depend on the technical and commercial circumstances. It is provided without liability and is subject to change without notice. Reproduction, use or disclosure to third parties, without express written authority, is strictly prohibited.

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