Clausthaler Lehr- und Demonstrationsanlage für Dezentrale Regenerative Energieversorgungssysteme

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1 Clausthaler Lehr- und Demonstrationsanlage für Dezentrale Regenerative Energieversorgungssysteme Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 1

2 Projektdetails gesamte Laufzeit 2000 bis 2010 Förderphase 1/2000-9/2003 durch Projekt mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, DBU Förderphase Errichtung, Finanzierung des Aufbaus -DBU 1,78 Mio. DM --> Eigenanteil ca. 2 Mio. DM --> Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 2

3 Partner CUTEC-Institut GmbH Technische Universität Clausthal mit - Institut für Elektrische Energietechnik - Institut für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik Stadtwerke Clausthal-Zellerfeld GmbH Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 3

4 Energiekonditionierung (Umrichter + Batterie) Solarthermie Neue Halle: Leitstand (1.OG) BHKWs (EG) Wärme+Kälte (UG) Einspeisung extern Fotovoltaik Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 4

5 Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 5

6 Leitstand Energiemanagement PV IEE 80 kw 30 kw 2,5 kw G G ~ = Stadtwerke Cl.-Z. 20 kv Biogas BHKW 30 kw Gas BHKW 5,5 kw Rapsöl BHKW 55 kw Wasserkraft Windkraft Stirling- Motor 9 kw Micro- Gasturbine 28 kw CUTEC-Wärme-Netz 630 kva 400 V G G G G G ~ = PV CUTEC 3 x 2 kw S1 CUTEC-Elt-Netz ~ = Batterie 650 kva 125 kwh bei 200 kw Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 6

7 Windkraftanlage Bestehende Anlage der Stadtwerke, Enercon Nennleistung 80 kw Erfassung Leistung und Bilanzierung im Leitstand Einfluss der Dynamik Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 7

8 Wasserkraftanlage Bestehende Anlage der Stadtwerke Nennleistung 30 kw Erfassung Leistung und Bilanzierung im Leitstand Kaum Dynamik Tagesprofil Wasserkraftanlage Ottiliae-Schacht vom Wirkleistung, kw :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 8

9 Fassadenintegriert PV-Anlage PV-Anlage am Institut für Elektrische Energietechnik 2,5 kw peak Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 9

10 PV-Anlage Verschattung Hoher Anlagenwirkungsgrad PV-Anlage am CUTEC 5,38 kw peak Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 10

11 Biogas-Motor-BHKW Serienmäßiges BHKW, Energiewerkstatt / Senertec Gas-Otto-Motor leistungsgeregelt, fernsteuerbar Elektrische Leistung 28 kw Thermische Leistung 58 kw Dual-Fuel-Betrieb möglich, Anforderung: Gereinigtes Biogas Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 11

12 Biogas-Motor-BHKW Serienmäßiges BHKW, Senertec Dachs Mager-Motor Blockbetrieb, wärmegeführt Elektrische Leistung 5,5 kw Thermische Leistung 12,5 kw Hohe Stückzahl (ca ) in Deutschland installiert Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 12

13 Pflanzenöl-Motor-BHKW Eigenkonstruktion mit Serien-PKW-Dieselmotor (VW-TDI) Pflanzenöl-tauglich, leistungsgeregelt, zuk. fernsteuerbar Elektrische Leistung 55 kw Thermische Leistung 70 kw Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 13

14 Stirlingmotor-BHKW Serienmäßiges Komplett-Stirling-BHKW, Solo Elektrische Leistung 9 kw Thermische Leistung 24 kw Dual-Fuel-Betrieb mit Erdgas und Biogas Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 14

15 Hackschnitzelkessel Einsatz: Wärmeversorgung Thermische Leistung 160 kw Geplante Erweiterung: Ankopplung des Stirling- Aggregates an den Rauchgas-Strom Bild 18: Aufbau des Hackschnitzelkessels Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 15

16 Wärmepumpe und Testkollektoren Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 16

17 Absorptionskältemaschine (Chili PSC 10) Kontinuierlicher Absorptionsprozess Arbeitsstoffpaar: Ammoniak/Wasser Niedertemperaturprozess Thermischer Antrieb mindestens 80 C Kaltwassererzeugung: 6 bis 12 C Erzeugte Kälteleistung: 10 kw Wärmeverhältnis: COP = 0,65 Maße (L x B x H): 0,8 x 0,6 x 2,2 m Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 17

18 Zusatzaggregate durch weitere Projekte Mikrogasturbine auf Erdgasbetrieb Elektrische Leistung 28 kw Thermische Leistung 60 kw BHKW, EcoPower Elektrische Leistung 4,7 kw Thermische Leistung 12,5 kw Stirling Whispergen Elektrische Leistung 1,2 kw Thermische Leistung 8 kw Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 18

19 Energiekonditionierer IGBT-Pulswechselrichter mit 650 kva, Alstom Batteriespeicher (Blei-Gel) mit 125 kwh bei 200 kw Dynamischer Ausgleich von Last und Erzeugung Netzparallelbetrieb: Leistungsregelung am Verknüpfungspunkt Inselbetrieb: Spannungs-Frequenz-Regelung (Netzführung) Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 19

20 Energiekonditionierer Übergang vom Netzparallel- in den Inselnetzbetrieb, P S1 = 0 kw, Q S1 = 0 kvar über VSR ausgelöst U3-20kV / V U3-CUTEC / V I3 / A S1 400 Öffnen von S ms Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 20

21 Energiekonditionierer Übergang vom Insel- in den Netzparallelbetrieb, P S1 = 30 kw, Q S1 = 0 kvar U3-20kV / V U3-CUTEC / V I3 / A S1 400 Schließen von S ms Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 21

22 Energiekonditionierer Übergang vom Insel- in den Netzparallelbetrieb, S1 von Hand eingelegt U3-20kV / V U3-CUTEC / V I3 / A S ms Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 22

23 Energiekonditionierer Übergang vom Netzparallel- in den Inselnetzbetrieb, P S1 = 30 kw, Q S1 = 30 kvar (kap), 20-kV-Schalter von Hand geöffnet U3-20kV / V U3-CUTEC / V I3 / A S1 400 Ausfall des externen Netzes ms Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 23

24 Energiekonditionierer Phasenspannung U 3 Ohne Energiekonditionierer (Versuch 10) Energiekonditionierer in Insel (Versuch 8) Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 24

25 Leitstand, Management Netzleitsystem, Firma repas AEG - redundantes Doppelserversystem: Visualisierung, Disposition, Archivierung - Energiemanagement - Prognose, KW-Einsatzplanung, Online-Optimierung - Lokale Intelligenz der Komponenten (Siemens S7) - Profibus als Feldbus zur Prozessperipherie Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 25

26 Leitstand Systemkonfiguration Leitsystem Energiepark Clausthal Arbeitsplatz 1 Arbeitsplatz 2 Test / Simulation Ethernet TCP/IP DCF DCF Switch ISDN Router Diagnose Router/Firewall Leitrechner 1 Modem für Alarmierung (Option) Leitrechner 2 Modem für Alarmierung (Option) Entwicklungs- und Trainingssystem ISDN TUC-LAN Ethernet (H1) Switch Gateway H1 - ProfibusDP (Siemens S7) Profibus DP Opionales weiteres Gateway H1 - ProfibusDP (Siemens S7) Profibus DP Lokale Automatisierung Gewerk 1 Lokale Automatisierung Gewerk 2 Lokale Automatisierung Gewerk 3 Lokale Automatisierung Gewerk 4 Lokale Automatisierung Gewerk n Lokale Automatisierung Gewerk n Lokale Automatisierung Gewerk n Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 26

27 Energie- und Leistungsbedarf kwh/a, Spitze 190 kw Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 27

28 Einsatzplanung Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 28

29 Optimierungsstrategie Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 29

30 Optimierungsstrategie Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 30

31 Aula CUTEC Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 31

32 Energiekonditionierung (Umrichter + Batterie) 1 Solarthermie Neue Halle: Leitstand (1.OG) 2 BHKWs (EG) 3 Wärme+Kälte (UG) 4 Einspeisung extern Fotovoltaik Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 32

33 Institut für Elektrische Energietechnik Energiepark Clausthal 33