Energiespeicher im Verteilnetz Projekt SmartPowerFlow

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1 Energiespeicher im Verteilnetz Projekt SmartPowerFlow Sebastian Aschenbrenner Projektleiter 2. März 2017 LEW Verteilnetz GmbH Seite 1

2 Agenda > Kurzvorstellung LEW-Gruppe > Herausforderungen im Verteilnetz > Projektbeschreibung und Projektziele > Speichertechnologie und Speicherstandort > Speichereinsatz (netzdienlich und marktorientiert) > Zusammenfassung LEW Verteilnetz GmbH Seite 2

3 Das Kerngeschäft der Lechwerke Verwaltung Beschaffung Netze Erzeugung Service & Consulting Telekommunikation Vertrieb Lechwerke AG Seite 3

4 Die Lechwerke-Gruppe Kiel Essen Düsseldorf Köln Bremen Dortmund Hamburg Hannover Wiesbaden Frankfurt Mainz Saarbrücken Stuttgart Schwerin Berlin Potsdam Magdeburg Erfurt Nürnberg Augsburg Leipzig München Dresden > LEW-Anteilseigner Innogy AG: 89,87 % Öffentliche Hand: 6,74 % Davon Bezirke Schwaben: 6,41 % Streubesitz: 3,39 % > LEW ist Energieversorger in der Region Bayerisch-Schwaben, Anbieter von Energie und energienahen Dienstleistungen > Netzspitze: 1950 MW Lechwerke AG Seite 4

5 Die LEW Verteilnetz GmbH (LVN) Kennzahlen (2015) > Umspanner HöS/HS 15 > Hochspannung (110 kv) Freileitung km Umspannwerke 120 > Mittelspannung (20 kv) Freileitung km Kabel km Ortsnetzstationen > Niederspannung (0,4 kv) Freileitung km Kabel km > Versorgte Fläche: km² > Netzkunden: > Dez. Erzeuger ~ > Install. dez. Erzeugung: ~ MW > Investitionen (2015): ca. 80 Mio. > Zahlung an dez. Erzeuger 804 Mio. > Mitarbeiter: ca. 850 Zahlen gerundet LEW Verteilnetz GmbH Seite 5

7 Das LEW- Netz ist stark geprägt durch Zubau von EEG-Anlagen überwiegend Photovoltaik > Aktuell sind rund EEG-Anlagen im LEW-Netzgebiet mit einer Leistung von ca MW angeschlossen überwiegend Photovoltaikanlagen. Zusätzlich speisen dez. Wasserkraftwerke mit einer Leistung von ca. 450 MW ins Netz ein. > Es wurden ans LEW-Netz angeschlossen: 2011: Anlagen 2012: Anlagen 2013: Anlagen 2014: Anlagen 2015: Anlagen 2016: Anlagen > Damit ist bereits heute durchschnittlich an jedem fünften LEW-Netzanschluss eine PV-Anlage angeschlossen > Bei jeder 4. PV- Anlage in 2016 wurde ein Batteriespeicher eingebaut LEW Verteilnetz GmbH Seite 7

9 Projektbeschreibung SmartPowerFlow Herausforderung: > Zunehmender Netzausbau auf Verteilnetzebene infolge des Ausbaus der Erneuerbaren Energien Zielsetzung: > Netzdienlicher und gleichzeitig marktorientierter Speichereinsatz Blindleistungsregelung Primärregelleistungserbringung LEW Verteilnetz GmbH Seite 9

10 Projektziele > Entwicklung eines Prototypen: Speicher + separater Batteriewechselrichter > Methodik zur netzspezifischen Batteriepositionierung > Installation des Speichersystems inkl. Anschluss an die Netzleitstelle > Ausarbeitung und Simulation von unterschiedlichen Betriebsarten des Speichers, die unter reellen Bedingungen verifiziert werden > Analyse und Kombination verschiedener Einsatzmöglichkeiten > Quantifizierung des verhinderten Netzausbaus durch den Speicher > Entwicklung von Regelalgorithmen und deren praktische Umsetzung > Gesamtbewertung von Großbatteriespeichersystemen Beteiligte Projektpartner Pojektkoordination Batteriemanagemetsystem Leistungselektronik Netzgebiet - Betrieb > Speichertyp: Vanadium-Redox-Flow > Leistung: 200 kw > Energieinhalt: 400 kwh > Wirkungsgrad: 75 % (abh. von Betriebsart) > WR-Scheinleistung: 630 kva > Projektzeitraum: 08/2013 bis 07/2016 > Projekt Gesamtkosten: 2,9 Mio. LEW Verteilnetz GmbH Seite 10

11 Untersuchte Einsatzgebiete Vermarktbarer Speichereinsatz Frequenzregelung Netzdienlicher Speichereinsatz Spannungshaltung LEW Verteilnetz GmbH Seite 11

12 Untersuchte Einsatzgebiete Netzdienlicher Speichereinsatz Vermarktbarer Speichereinsatz Erhöhung der Netzaufnahmefähigkeit für EE-Anlagen durch Blindleistungsregelung an der Sammelschiene der Ortsnetzstation Die Primärregelleistung stellt aktuell das lukrativste Geschäftsmodell dar. Anschluss des Speichers an der NS-Sammelschiene der Ortsnetzstation Die Erträge beziehen sich auf den eingesetzten Speicher. Die zugrunde gelegten Marktdaten stammen aus dem Jahr 2013 Spannungshaltung Blindleistungsmanagement Speicher: Zeitliche Verschiebung der Energiemenge Frequenzregelung + LEW Verteilnetz GmbH Seite 12

13 Projektablauf Zeitlicher Ablauf des Projekts SmartPowerFlow Offizieller Projektstart August 2013 Standort-bestimm ung, Entwicklung der Komponenten Jahr 2014 Inbetriebnahme des Batteriespeichers Mitte Juni 2015 Einjähriger Testbetrieb des Batteriespeichers Juni Projektende Auswertung der Ergebnisse Ab Juli 2016 LEW Verteilnetz GmbH Seite 13

15 Speichertechnologie Funktionsweise des Vanadium- Redox-Flow Speichers Vorteile des Vanadium-Redox-Flow Speichers > Bei der Vanadium-Redox-Flow Technologie werden die flüssigen Energieträger in zwei Tanks gespeichert und zum Laden/Entladen durch elektrochemische Zellen gepumpt. Abhängig von der anliegenden Spannung werden die Energieträger elektrochemisch aufgeladen oder entladen > Nahezu unbegrenzte Lebensdauer der Energieträger > Unbegrenzte Zyklisierung (Be-/Entladung) > 100 % tiefentladefähig > Energieträger ist nicht brennbar oder explosiv > Vernachlässigbare Selbstentladung > Wartungsarm > Leistung und Energie sind unabhängig voneinander skalierbar > Vanadium ist ein weit verbreiteter Rohstoff LEW Verteilnetz GmbH Seite 15

16 Speicherstandort Der Speicher befindet sich auf dem Grundstück der Reiner Wertstoff Recycling GmbH in Tussenhausen im Unterallgäu Wichtigste Standortkriterien PV-Einspeisung ca. 560 kwp ONS mit 1000 kva Trafo Platz und Zugänglichkeit Akzeptanz der Bevölkerung LEW Verteilnetz GmbH Seite 16

18 Blindleistung [kvar] und Wirkleistung [kw] Netzdienlicher Speichereinsatz Messwerte: Wirk-/ Blindleistung (Speicher); Wirk-/ Blindleistung und Spannung an der ONS am Max. Spannungsanhebung ohne Speicher Ab ca. 11:30 Uhr Speicher in Betrieb Spannung an der 0,4-kV-SS der ONS (blaue Kurve) Max. Spannungsanhebung mit Speicher Blindleistung des Speichers (rote Kurve) Spannung an der SS [V] Max. Rückspeisung an der 0,4-kV-SS der ONS (ca. 360 kw) Lastgang an der 0,4-kV-SS der ONS (gelbe Kurve) Zeit [h] Anmerkung: Diagramm im Verbraucherzählpfeilsystem LEW Verteilnetz GmbH Seite 18

19 Wirkleistung [kw] Vermarktbarer Speichereinsatz: Präqualifikationstest Messwerte: Leistung und Ladezustand (Speicher) am Max. Leistungsaufnahme (200 kw) Negative Regelleistung 15 Min. 15 Min. 15 Min. 15 Min. Beim Doppelhöckertest muss der Speicher zweimal für 15 Min. positive und negative Regelleistung er-bringen. Dies wird durch eine 15 Min. Pause unterbrochen. Die Aktivierungs-/Deaktivierungszeit darf 30 Sek. nicht überschreiten. Ladezustand [%] Max. Leistungsabgabe (-200 kw) Positive Regelleistung Zeit [h] Anmerkung: Diagramm im Verbraucherzählpfeilsystem LEW Verteilnetz GmbH Seite 19

20 Netzdienlicher und vermarktbarer Speichereinsatz Relative Erzeugungsleistung im Ortsnetz (Tagesverlauf) Auswirkung der induktiven Blindleistung auf die SS-Spannung an der ONS > Speicher gibt zur PV-Mittagsspitze (ca. 300 kw) zusätzlich die max. Wirkleistung (ca. 200 kw) ab > Gleichzeitig senkt der Wechselrichter die Spannung durch Bereitstellung von induktiver Blindleistung (ca. 500 kvar) Bereitstellung von ca. 500 kvar Blindleistung Eingestellter Arbeitspunkt des Wechselrichters Abgabe von ca. 200 kw Wirkleistung Netzdienlichkeit und marktorientierter Betrieb des Speichers sind prinzipiell möglich Anmerkung: Diagramm im Verbraucherzählpfeilsystem LEW Verteilnetz GmbH Seite 20

22 Zusammenfassung > Speichersystem (Prototyp) wurde entwickelt und in Betrieb genommen > Algorithmus zur optimalen netztopologischen Positionierung von Speichern im Verteilnetz wurde entwickelt > Untersuchung und Validierung verschiedener Betriebsmodi des Speichers und deren Auswirkung auf das Verteilnetz Ziel: Optimale Kombination von PRL und Blindleistungsbereitstellung > Durch Blindleistungsmanagement können Spannungsprobleme, die z.b. durch EE-Anlagen hervorgerufen werden, minimiert werden > Die Großbatterie erhöht im Testgebiet trotz PRL die Netzaufnahmefähigkeit für EE-Anlagen > Die Vanadium-Redox-Flow-Kosten müssten für einen lukrativen Betrieb um 60 % fallen > Gesamtwirtschaftliche Bewertung stark abhängig von den zukünftigen rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen Netzdienlichkeit und marktgetriebener Betrieb des Speichers widersprechen sich nicht LEW Verteilnetz GmbH Seite 22

23 Kernaussagen Flexibilität Optimaler Flexibilitätseinsatz nur durch Märkte möglich marktdienlicher Einsatz Portfoliooptimierung Angebot und Nachfrage Flexibilität Anpassung des Erzeugungsoder Verbrauchsverhaltens durch externes Signal systemdienlicher Einsatz bilanzieller nicht ortsgebundener Ausgleich Kunde nutzt Flex netzdienlicher Einsatz Vermeidung lokaler netzbedingter Engpasssituationen Kern des Ampelkonzeptes ist die marktliche Allokation von Flexibilität in der gelben Phase. Technische Herausforderung ist die Integration von netzdienlicher Flexibilität durch die Verteilnetzbetreiber. Marktliche Herausforderung ist Rahmen für die Entwicklung standardisierter und dynamischer Produkte. r gelben Phase. LEW Verteilnetz GmbH Seite 23

24 Kernaussagen Flexibilität Netzdienliche Flexibilität in zwei Schritten mobilisieren Zeitvariable Netzentgelte stimulieren Anpassung von Verbrauchs- und eventuell auch Einspeiseverhalten Kontrahierung von Flexibilitätsprodukten durch den Netzbetreiber ermöglicht verbindlichen Zugriff auf Flexibilität Im Notfall immer Zugriff des Netzbetreibers auf alle Anlagen im Rahmen der roten Ampelphase möglich LEW Verteilnetz GmbH Seite 24

25 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Sebastian Aschenbrenner LEW Verteilnetz GmbH (LVN) Projektleiter Schaezlerstraße Augsburg Telefon: / sebastian.aschenbrenner@lew-verteilnetz.de LEW Verteilnetz GmbH Seite 25