Hybridsysteme, die Zukunft der Energieversorgung

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Jakob Maurer
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1 Hybridsysteme, die Zukunft der Energieversorgung Presented by Mats Bernsdorff 1

2 Hybridsysteme, die Zukunft der Energieversorgung 1 2 Zusammenspiel von erneuerbaren Energien PV, Wind und Speicher Netzstellende Batteriewechselrichter Pilotprojekt St. Eustatius 3 Netzstabilisierung Primärregelleistung und Spannungsregelung 4 Schwarzstart und Synchronisation Unterstützung nicht schwarzstartfähiger Kraftwerke 5 Zusammenfassung Ausblick 2

3 Hybridsystem Überblick 3

4 Systemgrenzen und Reserveleistung Mindestlast der Gensets ( Min: 30% bis 40%) SysMin = Last Genset Nennleistung Min Maximallast der Gensets (Max: 95% bis 100%) in Systemen mit Batterie SysMax = Last Genset Nennleistung Max Reserveleistung Reserveleistungssollwert = EE sicherer Anteil EE Batteriereserve + maximaler Lastsprung Sicherer Anteil erneuerbarer Energien (EE) Konservativer sicherer Anteil ca. 20% 4

5 Reserveleistung Gründe Volatiles Leistungsangebot der erneuerbaren Energien Lastschwankungen Folgen Begrenzter Deckungsanteil der erneuerbaren Energien, durch Mindestlasten der Gensets Ineffiziente Auslastung der Gensets Reduktion Leistungsspeicher (z.b. Batterie oder Schwungrad) Wolkenkamera-basierte Vorhersagen (sicherer Anteil PV 100%) 5

6 Tagesverlauf PV PV-MPP Last Genset Genset Max Genset Min 6

7 Tagesverlauf PV PV-MPP Last Genset Genset Max Genset Min Batterie 7

8 Tagesverlauf PV PV-MPP Last PV-MPP Genset Last Genset Max Genset Min Max Genset Min 8

Pilotprojekt: Netzstellende Batterie-WR FSC-20 Notwendige Neuerungen Vergrößerung der PV-Anlage auf 4,14MWp Phase 2b Vergrößerung der Batterie-Kapazität 0,57MWh =>

2000 Automatischer Start/Stop der Gensets Phase 1 571kWh, 2.5C 1 x SC Storage 1000 St.

9 Pilotprojekt: Netzstellende Batterie-WR FSC-20 Notwendige Neuerungen Vergrößerung der PV-Anlage auf 4,14MWp Phase 2b Vergrößerung der Batterie-Kapazität 0,57MWh => 5,77MWh Li-Ion Storage 2,6MWh, C0,5 SCS 2200, MVPS 2000 Einbringung von 2 Grid-Forming SCS Zeitweiser Betrieb ohne Genset Li-Ion Storage 2,6MWh, C0,5 SCS 2200, MVPS 2000 Automatischer Start/Stop der Gensets Phase 1 571kWh, 2.5C 1 x SC Storage 1000 St. Eustatius Phase 2 Estimated fuel savings liters/a 1,89 MWp PV modules 74 Sunny Tripower DC AC Communication Solar Energy Produced (net) 6,4 GWh /a Phase 2a CO2 savings 4,561 to CO²/a 2,25 MWp PV 2x Sunny Central 1000; 1x MVPS 2000, 2MVA 9

Lastsprung zeigt zeitgleiche Abschaltung

10 100% Lastsprung USV-TEST Battery Inv 1 Battery Inv 2 Genset 100% supply Loads Lastsprung zeigt zeitgleiche Abschaltung aller Dieselgeneratoren (Last ca. 1,8MW) Sofortige Reaktion durch Batteriewechselrichter Gleichmäßige Lastaufteilung auf Geräte ohne jegliche Kommunikation Frequenzrückführung in 2,5s durch Anlagensteuerung (Hybrid Controller) 10

11 Tagesverlauf mit Dieselabschaltung PV Batterie Genset Last 11

12 Tagesverlauf mit Dieselabschaltung und Wind PV Wind Batterie Genset Last 12

13 Primärregelleistung in Deutschland Derzeit von SMA geregelte Leistung 32,85 MW Quelle: 13

35 MVA Batterieleistung: 55MW / Kapazität 55 MWh

14 Pilotprojekt Primärregelleistung (England) Kenndaten Nennleistung: 26 x MVA = MVA Batterieleistung: 55MW / Kapazität 55 MWh Hochspannungsebene am Netzanschlusspunkt: 132 kv Mittelspannungsebene im Park: 33 kv 14

15 Schnelle Einregelzeiten 15

verbessern ist eine ungewöhnliche Stromeinspeisung erforderlich

16 Spannungsregelung in Inselnetzen Kompensation der Spannungsharmonischen Niedrige Spannungsharmonische sind das Ziel Um die Spannungsqualität zu verbessern ist eine ungewöhnliche Stromeinspeisung erforderlich Verbesserung von ca. 2% sobald der SCS2200 im Grid-Forming- Mode zugeschaltet ist 16

17 Spannungsharmonische Gensets only Drastische Verbesserung Hohe Spannungsharmonische der Verbraucher, 5. und 7. Typische 4-6% Uthd in Genset basierendem Betrieb SCS online Messung auf dem MV-Bus Verbesserung von ca. 2% sobald der SCS2200 im Grid-Forming- Mode zugeschaltet ist Logdata: Meas_297 17

18 Schwarzstart Hochrampen der Spannung innherhalb von 200ms Transformatoren sind zugeschaltet Einige Lasten sind zugeschaltet 18

19 Synchronisation aus Sicht des Anlagenreglers BAT_IOP = Battery isolated operation / GRID_MOP = Grid mains operation 19

20 Zusammenfassung Systemgrenzen sind abhängig vom aktuellen Systemzustand Netzbetrieb, Genset-Betrieb oder Batterie-Betrieb (Grid-Forming) Speicher als zentrale Komponente Steigerung des Deckungsanteil von erneuerbaren Energien Netzstellende Batterie-WR USV und Steigerung von Spannungs- und Frequenzqualität Schwarzstart und Synchronisation Unterstützung nicht schwarzstartfähiger Kraftwerke 20

21 Ausblick Hybridsysteme Einbindung von Wolkenkameras zur Reduktion der Reserveleistung Laststeuerung Intelligentes Energiemanagement Netzgekoppelte Anlagen Netzstabilisierung durch Grid-Forming-Mode von Batterie-WR DC-Kopplung des Speichers Vorteile: Größere Effizient, geringere Kosten Nachteile: Flexibilität bei Nachrüstung 21

22 Thank you Stellenangebote und Abschlussarbeiten Video zum Pilotprojekt St. Eustatius AG Sonnenallee Niestetal, Germany Tel Fax info@sma.de 22

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