Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen

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1 Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen Zur Vermeidung von Netzausbaumaßnahmen im Niederspannungsnetz, Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 1

2 Agenda Motivation und Projektrahmen Beschreibung der berücksichtigten Komponenten Szenarien und Diskussion der Ergebnisse Zusammenfassung Quelle: L.Bechhauf, panoramio.com Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 2

3 Motivation und Projektrahmen Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 3

4 Motivation Meist starre Kopplung durch MS-Trafo Spannungsniveau direkt von Leistungsgleichgewicht abhängig Maximal +3% nach VDE-AR-N ,95 bis 1,07 p.u. Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an M. Siller, IBC Solar Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 4

5 Fechheim als Projektrahmen Bereits heute hohe PV-Durchdringung NS-Strang PV-Anlagen Trafostation Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Quelle: Google Maps Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 5

6 Beschreibung der berücksichtigten Komponenten, Simulation Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 6

7 Konzeptionierung der Simulation(en) Gebäude als eigenes Energiesystem à Verrechnung in Matlab Elektrische Last Thermische Last Photovoltaikanlage(n) (PV) Verbindungselement Niederspannungsnetzstrang à RMS-Simulation mit PowerFactory Gebäude als allgemeine Lasten Niederspannungskabel Transformator zwischen Nieder- und Mittelspannung Wechselspannungsquelle auf der Mittelspannungsebene Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 7

8 Energiesystem eines Gebäudes 1. Residuallast aus el. Last und PV-Einspeisung 2. Vergleich der Residuallast mit dem thermischen Bedarf à Bestimmung des P2H-Anteils 3. Neue Residuallast ist Eingangsgröße für die Netzsimulation el. Leistung und Wärmebedarf in kw.. 7,5 5,0 2,5 0 2,5 5,0 Residuallast Wärmebedarf PtH Anteil 7,5 Di, 18. Juni 13 Do, 20. Juni 13 Sa, 22. Juni 13 Mo, 17. Juni 13 Mi, 19. Juni 13 Fr, 21. Juni 13 So, 23. Juni 13 Quellen: Eigene Darstellungen Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 8..

9 Netzsimulation 18 Last- bzw. Residuallastverläufe für das Referenzjahr 2013 Verwendung der realen Kabel- und Trafoparameter à Spannungen im Netzstrang als Simulationsergebnis MV-Trafo Dyn 5-21/.42kV NS-Leitung(en) Wechselspannungsquelle Residuallastverlauf (Haus) Quelle: Eigene Darstellung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 9

10 Szenarien und Diskussion der Ergebnisse Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 10

11 Szenarien Vier PV-Ausbaustufen Ausbaufaktoren nach Netzentwicklungsplan 2013 (NEP2013) % Wohnhaus Sonstiges Gebäude Straße NS-Leitung Trafostation PV-Bestand PV-Zubau Quelle: Eigene Darstellung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 11

12 Auswertung der Simulationsergebnisse Übertragung der Ergebnisse vom zeitlichen Verlauf in ein dreidimensionales Histogramm Spannung in p.u. Busbarspannung in p.u. 1,11 1,10 1,09 1,08 1, :00 10 h 12:00 24:00 8 h 12:00 1,5 h 24:00 Uhrzeit Uhrzeit Anzahl der Ereignisse Anzahl ,08 1,09 1,10 1,11 Max.Spannung in p.u. 2 1, ,5 5,0 2,5 0 Quelle: Eigene Darstellung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 12

13 Simulationsergebnisse (1/3) Referenzjahr 2013 Vergleich: Basis- und P2H-Szenario Deutliche Reduktion der Ereignisse in Anzahl (-65,8%) und Dauer (-28,9%) durch die P2H-Anwendung Anzahl Anzahl Spannung in p.u. Spannung in p.u. Quelle: Eigene Darstellung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 13

14 Simulationsergebnisse (2/3) Vollständiger Ausbau des PV-Potentials Vergleich: Basis- und P2H-Szenario Erhebliche Anzahl an Spannungsbandverletzungen Deutliche Reduktion der Ereignisse in Anzahl (-44,39%), Überspannung (-83%) und Dauer (-15,53%) durch P2H Anzahl Anzahl Spannung in p.u. Spannung in p.u. Quelle: Eigene Darstellung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 14

15 Simulationsergebnisse (3/3) Spannungsverlauf entlang des Netzstrangs Vollständiger Ausbau des PV-Potentials Jeweils am 17. Juni 12:00 Uhr BB 18, ref. BasisSze P2H 2013 BasisSze. 100% P2H 100% 1,15 BB 18, PtH 1,15 Spannung in p.u. 1,10 1,05 Spannung in p.u. 1,10 1,05 1,00 Di, 18. Mo, 17. Juni xx 1,00 BB 01 BB 03 BB 05 BB 07 BB 09 BB 11 BB 13 BB 15 BB 17 BB 18 Quelle: Eigene Darstellung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 15

16 Zusammenfassung Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 16

17 Zusammenfassung PV-Ausbaupotential ist sehr groß Wärmebedarf ist auch im Sommer ausreichend P2H-Nutzung verspricht ein erhebliches Spannungsbegrenzungspotential in NS-Netzsträngen à Alternative zu konventionellen Netzausbaumaß- Annahmen Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 18