Netzintegration im Rahmen der E- Mobilitätsmodellregionen Österreich , TU Wien Alfred Einfalt (Siemens) Thomas Rieder (Salzburg AG)

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1 Netzintegration im Rahmen der E- Mobilitätsmodellregionen Österreich , TU Wien Alfred Einfalt (Siemens) Thomas Rieder (Salzburg AG)

2 SGMS SalzburgDG DemoNet Smart Low Voltage Grid > Smart Grid-Systemintegration und aktiver Verteilnetzbetrieb im Niederspannungsnetz > Wie können zukünftig zu erwartende hohe Dichten an Photovoltaik-Anlagen und E-Fahrzeugen durch intelligente Planung, Echtzeit-Beobachtung und aktives Netzmanagement optimal in die Niederspannungsnetze integriert werden? Photovoltaik auf jedem 2. Dach Demogebiet Niederspannungs-Netzabschnitt E-Autos in jeder 2. Garage Entwicklung von Lösungsansätzen für zukünftige Probleme Feldversuch in Salzbuger Demogebiet: In einem Niederspannungs-Netzabschnitt in Salzburg soll eine so hohe dichte an PV-Anlagen und E-Fahrzeugen installiert werden und mit neuen, intelligente Lösungen der Netzbetrieb und die Versorgungsqualität sicher gestellt werden.

3 Start Charging EV Charge Request User Start Charging Session Limits for Network User constraints User constraints Limits Demand Request Demand Flow Control Limits Charging Plan User constraints SLA with network provider Sign Meter Data Measure Consumptio n SLA with User Stop Charging Finalize Session Data SLA with Supplier Request to change charging Session Data Charge Post Processing Limits for Supplier End Charging Systemdienstleistungen Zellenmanager Energie Preis Leistung Preis Leistung Prioritätssignal Objektmanager Einspeiser E-Mob. Steuerbox Speicher flex. Lasten Sichten -Konzept Risiko Daten Erzeugung Verbrauch Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Portfolio kl. Erzeuger Systemdienstleistung Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Messdaten für Netzplanung Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit Schichtenkonzept zur Sicherstellung der Netzstabilität und ermöglichen von Marktmechanismen Loading Control User Network Stability Intelligent charging control Loading Station / OC Contracts Point Supply Ziele: Gemeinsame Architektur Gemeinsame Strukturen für unterschiedliche Funktionalitäten Kostenaufteilung entsprechend möglicher Benefits Geringere Kosten für Kunden und Akteure Daten Datenmodelle Protokolle Komponente

4 H/490 vs. Schichtenkonzept Energie Preis Systemdienstleistungen Zellenmanager Leistung Preis Leistung Prioritätssignal Objektmanager Steuerbox Einspeiser E-Mob. Speicher flex. Lasten Energiedienstleistung Systemdienstleistung Verbrauch Erzeugung Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Daten Messdaten für Netzplanung Risiko Portfolio kl. Erzeuger Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit Daten Datenmodelle Protokolle Komponente 4

5 Unterschiede > Aufgabe/Zielsetzung > Rollensicht SGAM (H/490) Business Layer Function Layer Information Layer Communication Layer Component Layer Smart Grids Austria Gesamtsicht Funktionalitätensicht Rollensicht Datensicht Datenmodellsicht Protokollsicht Komponentensicht SGAM: Smart Grid Architecture Model 5

6 Schicht 1 Gesamtsicht Legende Netzzustand Legende Netzzustand Systemdienstleistungen Normalbetrieb Optimierungsbedarf Grenzwertverletzungen Uneingeschränkte Funktion aller Marktmechanismen Legende Netzzustand Optimierung entsprechend technischer Randbedingungen Zeitlich und örtlich begrenzte Einschränkungen der Marktmechanismen Zellenmanager ion n Optimierungsbedarf Optimierung entsprechend technischer Randbedingungen Grenzwertverletzungen Zeitlich und örtlich begrenzte Einschränkungen der Marktmechanismen Energie Preis Leistung Preis Leistung Prioritätssignal ng er Grenzwertverletzungen Zeitlich und örtlich begrenzte Einschränkungen der Marktmechanismen Objektmanager Steuerbox Einspeiser E-Mob. Speicher flex. Lasten > Strukturierung der Diskussion > Einordnung von Projekten in das Gesamtkonzept > Rechtliche/Markt/Regulatorische Rahmenbedingungen > Abbilden von Anforderungen aus verschiedenen Bereichen > Basis für Invest/Rentabilitätsbetrachtungen

7 Schicht 2 Funktionalitätenschicht Systemdienstleistung Verbrauch Erzeugung Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Daten Messdaten für Netzplanung Risiko Portfolio kl. Erzeuger Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit > In wenigen Worten beschreiben was gemacht wird > Aufteilen in sequentielle Funktionen nicht nur VKW sondern die Teilfunktionen dazu (Subfunktionalitäten - Handlungsabläufe) > Aufgaben und Pflichten > Interaktion mit S(ch)icht 3 zur Definition von Rollen

8 Schicht 3 Rollenschicht > In Anlehnung an Rollenmodell Entso-E > Durchspielen von Interaktionen > Welche Rollen gibt es schon welche Funktionalität wird zugeordnet > Gibt es neue Rollen, dann sind die zu beschreiben > Z.B. mehrere verschiedene Flexibility Operator

9 Schicht 4 Datenschicht User Charge Request User User constraints User constraints Request to change charging Loading Control EV Request Sign Meter Data Stop Charging Limits Demand Start Charging Loading Station / OC User constraints Start Charging Session Flow Control Measure Consumptio n Finalize Session Data Session Data Charge Post Processing End Charging Demand Limits Intelligent charging control Charging Plan Network Stability Contracts Limits for SLA with SLA with Network network User Point provider SLA with Supplier Supply Limits for Supplier Daten > Vorbereiten der IKT Struktur zur Umsetzung des Konzepts > Welche Daten braucht man zur Erfüllung der Funktionalität? à Datenumfang > Wo gibt es die Daten? à Datenquelle > Wozu benötigt die Funktionalität die Daten? à Datenverwendung > Zeitliche und örtliche Auflösung

10 Schichten 5-7? Datenmodelle Protokolle Komponente > Datenmodellschicht > Protokollschicht > Komponentenschicht

11 Bsp. Konzept 1: PQ-Management 1 > läuft eigentlich im grünen Bereich ab unter Marktanforderungen > Anforderung kommt vom NB > Je nach technischen Möglichkeiten und vertraglichen Vereinbarungen können sich die Netznutzer (Erzeuger, Verbraucher, E-Mobile) an diesem Aufruf beteiligen (aktiv oder automatisiert, ) Systemdienstleistung 1 Durch verschiedene Maßnahmen erreichbar, zb. durch netzorientierte Ladung von E-Cars (gesteuertes Laden, V2G) Steuerung von Lasten (heutige TRA, Smart Home, Smart Building, ) Regelung von Einspeisern (PW, Wind, Wasser-KW, ) Risiko Daten Erzeugung Verbrauch Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Portfolio kl. Erzeuger Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Messdaten für Netzplanung Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit

12 Bsp. Konzept 2: Spannungshaltung 1 > Einhaltung / Regelung der Verteilnetzspannung im zulässigen Spannungsband (Umin,zul und Umax,zul) durch Steuern von Lasten, Regelung von Transformatoren oder Steuerung von Erzeugern (P, Q) > Muss in kurzem Zeitbereich erfolgen ( min-bereich ) > Sicherstellung der Auslastung von Betriebsmittel (Verhinderung Betriebsmittelüberlastung, Imax,zul) > Nachdem Betriebsprobleme zeitlich und örtlich konzentriert auftreten (in einem bestimmten Netzabschnitt), muss die Identifikation der Anlagen inkl. Kommunikation diese zeitliche und geografischen Anforderungen abbilden Systemdienstleistung 1 Durch verschiedene Maßnahmen erreichbar, zb. durch netzorientierte Ladung von E-Cars (gesteuertes Laden, V2G) Steuerung von Lasten (heutige TRA, Smart Home, Smart Building, ) Regelung von Einspeisern (PW, Wind, Wasser-KW, ) Risiko Daten Erzeugung Verbrauch Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Portfolio kl. Erzeuger Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Messdaten für Netzplanung Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit

13 Bsp. Konzept 3: Ladebegrenzung durch emp nach Fahrplan durch VNB > emp schließt mit VNB einen Netzanschlussvertrag ab, wo die Ladesteuerung als Dienstleistung enthalten ist > Die Begrenzung der Ladeleistung erfolgt über einen Fahrplan des VNB für eine Gruppe (Netztopologie ist nur den VNB bekannt) eines emps, der entweder fix oder variabel die Begrenzung der Ladung vorgibt. (z.b. Spitzenlastzeiten werden begrenzt) > Fahrpläne können lokal unterschiedlich sein > emp berücksichtigt diesen Fahrplan bei der Ladesteuerung für jede Ladestation Systemdienstleistung > Systemdienstleistung unter Berücksichtigung von Netzauslastungsprognosen, um Zahl der Eingriffe im roten Bereich gering zu halten. Risiko Daten Erzeugung Verbrauch Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Portfolio kl. Erzeuger Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Messdaten für Netzplanung Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit

14 Bsp. Konzept 5: Ladebegrenzung durch emp mit dynamischen Tarifen via Smart Meter > emp schließt mit VNB einen Netzanschlussvertrag ab, Netzdienstleistung als Vertragsbestandsteil? > VNB sendet dynamische Netztarife an den SM der Ladesäule > emp erhält die dynamischen Tarife via SM > emp berücksichtigt diese Tarife bei der Ladesteuerung für jede Ladestation > Systemdienstleistung unter Berücksichtigung von der NS Netzauslastung über Tarife, um Zahl der Eingriffe im roten Bereich gering zu halten. Risiko Daten Erzeugung Verbrauch Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Portfolio kl. Erzeuger Systemdienstleistung Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Messdaten für Netzplanung Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit

15 Bsp. Konzept 6: Ladebegrenzung durch emp als automatisierter Aggregator > emp schließt mit VNB einen Netzanschlussvertrag ab, wo die Ladesteuerung als Dienstleistung enthalten ist > VNB muss die lokalen Beschränkungen an den EMP melden > emp berücksichtigt die Beschränkungen bei der Ladesteuerung für jede Ladestation > Die Kommunikation zwischen der Netzleitstelle und dem ECAR DV findet über Telegramme mit dem Protokoll IEC statt. > Schwerpunkt gelber Bereich aber prinzipiell besteht dadurch die Möglichkeit alle drei Bereiche abzudecken à siehe Demo Daten Erzeugung Verbrauch Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Systemdienstleistung Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung Messdaten für Netzplanung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Risiko Portfolio kl. Erzeuger Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit

16 Bsp. Konzept 7: Ladebegrenzung durch VNB dynamisch via Smart Meter bzw. als Teil eines Pools an schaltbaren Lasten > VNB beschränkt im Falle der drohenden Überlast den Ladevorgang direkt über den Smart Meter durch Vorgabe einer Leistungsbeschränkung > VNB behandelt Ladesäulen in seinem Netzgebiet wie einen Pool an schaltbaren Lasten, wie es auch heute schon mit Rundsteuersignal bzw. über LSG möglich ist > Schaltung der Ladevorgänge durch VNB als Beitrag zur Netzstabilisierung (Erhöhung und Minderung der Last) > Priorisierung einzelner EVs nicht möglich > emp hat keinen Vertrag für Netzdienstleistung mit VNB (?) > emp bekommt Beschränkung durch aktuellen Messwert mit Verbrauch Erzeugung Spotmarktorientiertes DSM Virtuelle Kraftwerke Systemdienstleistung Regelung von Lasten und Einspeisern zur Primär-, Sekundär-, Tertiärregelung zur F-Haltung u. Sicherung der Systemstabilität im Netzbetrieb àverlustminimierung à Betriebsmittelauslastung à Spannungshaltung Daten Messdaten für Netzplanung Risiko Portfolio kl. Erzeuger Black-Out-Vermeidung / Netzwiederaufbau: Schwarzstattfähigkeit, Inselbetriebsfähigkeit

17 Zusammenfassung Legende Netzzustand Legende Netzzustand Normalbetrieb Optimierungsbedarf Grenzwertverletzungen Optimierung Zeitlich und örtlich Systemdienstleistungen Uneingeschränkte Funktion entsprechend technischer begrenzte Einschränkungen aller Marktmechanismen Randbedingungen der Marktmechanismen Legende Netzzustand Optimierungsbedarf Grenzwertverletzungen ion n Optimierung entsprechend technischer Randbedingungen Zeitlich und örtlich begrenzte Einschränkungen der Marktmechanismen Zellenmanager ng er Grenzwertverletzungen Zeitlich und örtlich begrenzte Einschränkungen der Marktmechanismen Energie Preis Leistung Preis Leistung Prioritätssignal Objektmanager Steuerbox Einspeiser E-Mob. Speicher flex. Lasten

18 Vielen Dank!