Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze

Transkript

1 Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze Dr. Gilbert Schnyder Geschäftsführer einfache Gesellschaft VEiN Swissbau Focus Arena Basel, 23. Januar 2014 Seite 1

2 VEiN - Projekt der angewandten Forschung zur. Klärung der Auswirkungen einer Vielzahl von dezentralen Erzeugungsanlagen auf die elektrischen Verteilnetze und allenfalls auch andere Infrastrukturnetze Seite 2

3 Trägerschaft des Projektes Netzbetreiber und Bund Gruppe Regionalwerke Seite 3

4 Agenda Ausgangslage Informationen zum Projekt «VEiN» Anlagen und Systeme Erkenntnisse Fazit Diskussion? Seite 4 Seite 4

5 Ausgangslage / Ist-Zustand Neue Energiepolitik des Bundes Forschungsprojekt ETH Zürich: Future energy Networks Energieversorgungsunternehmer prüfen den Einsatz von vielen dezentralen Einspeisungen in elektrischen Niederspannungsnetzen Arealvernetzungen (Vernetzung Infrastrukturanlagen) im Bereich Wärme/ Kälte werden umgesetzt Seite 5

6 Vision of future energy networks (2050) Quelle: ETH Zürich Seite 6

7 Vision zukünftiger Netzwerke mit «Energy Hub» Quelle: ETH Zürich Seite 7

8 Die bestehenden Netze in Rheinfelden Elektrisches Netz Thermisches Netz Gasnetz Strassennetz (Holztransport, flüssige Brennstoffe) und Datennetz Seite 8

9 Rahmenbedingung des Projektes Seite 9

10 Erwartete Problemstellungen der Netzbetreiber 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 10

11 Das Kerngeschäft ist der VNB ist 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 Versorgungssicherheit und die Spannungsqualität beim Kunden darf nicht beeinträchtigt werden. Seite 11

12 Wo liegen die Probleme? Die Spannung im Netz kann ansteigen und Schäden bei den Verbrauchern verursachen Technische Störungen von Endgeräten bedingt durch «unsaubere» Strom-/Spannungsverläufe können auftreten Überlastungen können zur Zerstörung von Netzelementen und damit zum Versorgungsunterbruch führen Seite 12

13 Spannungserhöhung in Funktion der PV-Leistung Seite 13

14 Grenzwertüberschreitungen bei Oberschwingungen Seite 14

15 Neue Herausforderungen an die Verteilnetze Die Umkehr des Energieflusses ist möglich damit steigen die Anforderungen an die Planung und den Betrieb Gewollte oder ungewollte Inselbildungen im Netz können auftreten Probleme mit der Herstellung des Netznormalzustandes sind zu erwarten Der Einsatz von vermehrter Mess- und Leittechnik ist erforderlich damit werden die Betriebskosten steigen Stichwort Smart Grid Seite 15 Forum Electrosuisse / Netzstabilität mit «VEiN» / 7. Mai 2010 / René Soland / Seite 1 5

16 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 Mess-, Steuer- und Regelmöglichkeiten Neue Netzelemente und Netzstrukturen 3. Festlegung von Anschlussbedingungen für Netzelemente Ableiten von konkreten Regeln für den Anschluss von Anlagen an die Netze Seite 16

17 Das Konzept des Netzes mit den Einspeisungen Seite 17

18 Versorgungsnetz in Rheinfelden Seite 18

19 Versorgungsnetz in Rheinfelden Seite 19

20 Das Netz und seine Kundenstruktur Seite 20

21 Versorgungsnetz in Rheinfelden Seite 21

22 Die Standorte der möglichen Einspeisungen Seite 22

23 Realisierte Photovoltaikanlagen 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 Seite 23

24 Realisierte Blockheizkraftwerkanlagen 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 24

25 Wirtschaftlichkeit der Anlagen 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 25

26 Realisierte Windanlagen 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 Seite 26

27 Die Geschichte zum Bau Baugesuch eingereicht; Begleitschreiben mit Hinweis auf das Forschungsprojekt VEiN; Begehung vor Ort mit Anstösser; Einsprachefrist Baugesuch Kollektive Einsprache Anwohner Einigungsverhandlung Baubewilligung erhalten Bewilligung ESTI Vorlage; (Pn > 3.0 kw Plangenehmigung ESTI) Baubeginn Inbetriebnahme Seite 27

28 Windanlagen 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 28

29 Windanlagen in Planung (Fotomontage Baugesuch) Seite 29

30 Brennstoffzellen (Mini-BHKW-Anlagen) - HT-Brennstoffzelle (Galileo) - intergierte Gas-Heizung - el. Leistung: 1.0 kw - th Leistung: 1.8 kw - el. Wirkungsgrad: 33% Seite 30

31 Realisierte Speicheranlagen 1 x 50 kw / 25 kwh MFH Zähringer mit PV-Anlage 31.5 kwp 2 x 9 kw / 10 kwh Alters und Pflegeheim mit PV-Anlage 32.8 kwp und BHKW 48 kwel Regelungsanforderungen - Peak-Shaving beim Anschlusspunkt - Peak-Shaving bei Netzpunkten - Spannungshaltung bei Netzpunkten - Energiekosten optimierter Betrieb Seite 31

32 Speicherfunktion Spannungsregelung Seite 32

33 Kosten der Speicheranlage 50 kw / 25 kwh - Material Wechselrichter / Batterieeinheit CHF Software + HW und Regelung CHF Transport CHF Installation Anschluss CHF Lüftungsgerät CHF Total CHF CHF 4 040/kWh Seite 33

34 Geprüfte Anlagenstandorte für Kleinwasserkraftwerke - 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 Seite 34

35 Geprüfte Anlagenstandorte für Kleinwasserkraftwerke 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 35 Pilotnetz VEiN Auswirkungen von dezentralen Einspeisungen auf das Niederspannungsverteilnetz Seite 35 (AEW N-SOR; Sing Mp)

36 «neue» Netzelemente: regulierbarer Transformator Seite 36

37 Leitsystem zur Steuerung der Anlagen Seite 37

38 Überwachung der Spannungsqualität Seite 38

39 Generelles Fazit - Platzierung der Anlagen ist schwierig - Wirtschaftlichkeit der dezentralen Einspeisungen ist derzeit nicht gegeben - Das Pilotnetz erlaubt die Bearbeitung der Themenbereiche «Smart Grid», «Energiespeicher», usw, - Nutzung des Pilotnetzes und der Messdaten für Simulationen und konkrete Anwendungen - Grosse Menge an Messdaten, die auszuwerten sind Seite 39

40 Fazit zu den «neuen» Elementen - Die Herausforderungen sind gross und komplex - Der Betrieb und die Bewirtschaftung der Speicher ist anspruchsvoll und vielschichtig - Neue Technologien deren Entwicklung noch am Anfang steht - Rahmenbedingungen fehlen (VNB, Gesetze und Vorschriften) Einbindung von Speicheranlagen im Pilotnetz VEiN / VSE Fachtagung Netztechnik / / N-SOR Seite 40 Seite 40

41 Thesen aufgrund des Ist-Zustandes Stromversorgung: Verteilte Einspeisungen in NS-Netze werden zunehmen Wärme/Kälteversorgung: Arealnetze mit verschiedenen Temperaturniveaus werden vermehrt eingesetzt Kommunikationsnetze: Netze mit hoher Datenrate erlauben die betriebliche Vernetzung der Anlagen Konsequenz: Die Vernetzung der Infrastrukturnetze wird sich erhöhen Seite 41

42 Weitere Informationen - Seite 42