Smart Metering Infrastruktur für Abrechnung, Anlagenüberwachung und Netzbetrieb von dezentralen Energiesystemen

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1 BTC NetWork Forum Energie 2013: Energie heute & morgen Smart Metering Infrastruktur für Abrechnung, Anlagenüberwachung und Netzbetrieb von dezentralen Energiesystemen Erste Erfahrungen aus dem Projekt Smart Solar Grid Seite Agenda Top 1: Einführung Status Quo Herausforderungen Top 2: Smart Solar Grid Top 3: Aktuelle Ergebnisse Top 4: Ausblick

2 Photovoltaik in Ulm Anzahl Anlagen Installierte Leistung Seite 3 Präsentation PV-Entwicklung Ziele des Forschungsprojekts Smart Solar Grid Wie viel Photovoltaik verträgt das Netz? Was passiert wenn 25% / 50%.100% der Häuser Solarstromanlagen installieren? Seite 4 Wie muss das Stromnetz ausgebaut werden? Welche technischen Lösungen gibt es? Was kostet der Umbau des Netzes? Welches ist die günstigste Lösung? Was kostet ein intelligentes Stromnetz?

3 Smart Grid Testgebiete in Ulm Seite 5 Ulm Einsingen: (seit 2011) Wohnort mit Vorstadtcharakter Senden Hittistetten: (im Aufbau) Ländliche Struktur Testgebiet 1: Ulm-Einsingen / Seite Situation 2013 Häuser 133 PV Anlagen 21 Leistung 233 kwp Strom: ~747 MWh PV: ~ 230 MWh PV Anteil: 31%

4 Testgebiet 2 Hittistetten (im Aufbau) Eckdaten Senden Hittistetten 2 Trafostationen 8,6 km Niederspannungskabel / -freileitung 110 Netzanschlüsse 59 PV-Anlagen kwp Anschlussleistung Seite 7 N11, Florian Meier. SWU-Unternehmensgruppe MWh PV-Einspeisung MWh Verbrauch Messtechnik der Testgebiete RLM-Zähler bei den PV-Anlagen Leistung alle 15 Minuten Spannung alle 1 Minute Smart-Meter bei den Haushaltskunden (ausgewählter Kreis) Leistung alle 15 Minuten Kommunikationsschnittstelle Connexa Netzqualität in Schlechtpunkt Flicker Spannungsqualität nach DIN EN Himmelskamera zur Wolkenzugsmessung Von General Electric Research Strahlungsdaten System von Skytron Energy: Strahlungssensoren, Wind, Temperatur Eigenes System Niederspannungsmessungen an allen Abgängen der Trafostationen Mittelspannungsmessung Messung der Spannung an der MS-Sammelschiene Sekundenmesswerte aller acht Abgänge seit April

5 Top 2: Ergebnisse Messkampagne Messkampagne am Transformator Gefördert Im Rahmen des EU FP7-Projekts ENDORSE Messung an 8 Transformator-Abgängen im Sekundentakt Top 2: Ergebnisse Messkampagne Messkampagne am Transformator Gefördert Im Rahmen des EU FP7-Projekts ENDORSE Messung an 8 Transformator-Abgängen im Sekundentakt

6 Ergebnisse Analyse Mittelspannung Mittelspannung Abhängigkeit von Mittelspannung Abhängigkeit von Last und Erzeugung Gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt Ergebnisse Wirkleistungssprünge Wirkleistungssprünge ohne PV Wirkleistungssprünge mit PV Gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt

7 Ergebnisse Solardachpotentialanalyse Solardachpotentialanalyse Was passiert wenn ALLE Dächer mit Photovoltaik belegt werden? Transformator 630 kva PV Anlagen 1430 kwp Transformator muss getauscht werden Gefördert durch SWU, Stadt Ulm und Sparkasse Ulm Leitungen müssen verstärkt werden Es kommt ZWEIMAL so viel Energie von den Solaranlagen, wie gebraucht wird. Energiebedarf 747 MWh Einspeisung 1500 MWh Aber nicht in der Nacht Zu wenig im Winter Solar Roof Potential Analysis Experiences Standard solar roof potential analysis Old Data (2002) Rough Estimate (app. 1 Point/m²) GoogleMaps LUBW Potentialatlas EE Laserscanner 2013 No useful results Improved New flight data results Still Excellent problems results with existing PV Correct analysis of existing PV-systems SunArea + GridIt SunArea + Blom

8 Pro-Aktive Netzplanung 3/ Heute: 3 Gebäude 130 Last 767 MWh PV kwp NS-Trafro 630 kva 18 Zukunft: PV-100% kwp PV/Ptr 227 % NS-Abgänge Last A 30% 1,00 B 14% 1,00 C 170% 1,09 Spannung D 45 96% 1,04 E 57% 1,03 F 111% 1,07 G 150% 1,11 H 22% 1,05 Pro-Aktive Netzplanung Netzverstärkung 1,03 pu 3/ Heute: 3 Gebäude 130 Last 767 MWh PV kwp NS-Trafo 630 kva 18 Zukunft: PV-100% kwp PV/Ptr 227 % Netz-Abgänge Last A 30% 1,00 B 14% 1,00 C 170% 1,09 Spannung D 45 96% 1,04 E 57% 1,03 F 111% 1,07 G 150% 1,11 H 22% 1,05

9 Pro-Aktive Netzplanung Einspeisemanagement Feeder H PV100% / Einspeisemanagement - beste Lösung abgestimmte lokale Reduzierung 2 an wenigen Stungen/Tagen pro Jahr Energie Verlust weniger als 0,3%/Jahr 5 Heute: 3 Gebäude 130 Last 767 MWh PV kwp Trafo 630 kva 18 Zukunft: PV-100% kwp PV/Ptr 227 % Netz-Abgänge Last A 30% 1,00 B 14% 1,00 C 170% 1,09 Spannung D 45 96% 1,04 E 57% 1,03 F 111% 1,07 G 150% 1,11 H 22% 1,05 17 Herausforderung Seite 18 Photovoltaik > Last Einsingen 30%(Jahr), 130%(Lastgang) Hititstetten 100%(Jahr), 400%(Lastgang) Einspeisemanagement als Lösung Verringert / verzögert Netzausbau Geringe Energieverluste Was passiert im Verteilnetz? Wie bekommen wir Information vor Ort? Was sind die günstigsten Lösungen?

10 Dezentrale Energiesysteme Metering Infrastruktur 2013 Prosumer Geldanlage Eigenversorgung Energiewende Grid Code SunSpec IEC Seite 19 EnWG 21c KNA BSI MDB/MDL Markt/Service Netz EEG 6 BNETZA BSI Dezentrale Energiesysteme Metering Infrastruktur Seite /Monat

11 Seite Seite 21 Ausgangspunkt Kommunikation Smart Solar Grid

12 Seite Seite 23 BSI PP/TR MessSysV + KNA BSI PP/TR MessSysV + KNA Quelle: Kowalski, BSI

13 Seite Seite 25 Aktuelle Umsetzung Aktuelle Umsetzung

14 Wechselrichter als Informationsquelle für Netzzustand in Verteilnetzen geeignet Seite 27 Wechselrichter als Informationsquelle für Netzzustand in Verteilnetzen geeignet Seite 28

15 Ausblick Wechselrichter Protokolle SunSpec Alliance (US Dept. of Energy) IEC IED IEC Systemdienstleistungen administrieren Seite 29 Smart Meter Gateway = Smart Grid Interface Netzzustandsinformation Stufenlose Abregelung möglich Anpassung Systemdienstleistungen Smart Grid / Smart Market Integration von Services/Apps auf dem Gateway Energiemanagement Gateway Services für dezentrale Einspeiser Vermarktung der Energie Ergebnisse ENDORSE Netzzustandsvorhersage Verteilnetztrafo Dachpotential Verschattung Satellitenbilder endorse-fp7.eu Anlagedaten PV Modell Wetterdaten Seite 30 Netzdaten Netzsimulation Wettervorhersage Lastfluss, Spannung, Einspeisemanagement

16 FuE Smart Grid - Forschungsförderung Projekte Fördergeber Partner ENDORSE Solarleistungsvorhersage SmartSolarGrid Intelligente Zähler PVSYS-NS Optimierung Verteilnetze NATHAN PV Pro Aktive Netzplanung ORPHEUS Optimierung im Betrieb von Strom/Gas/ Fernwärme-Netzen EU-FP7-Space EU-EFRE-MWK BMU BMBF EU-FP7-ICT DLR, Ecole d Mines, THEBEN, KACO, SWU, AMA Systems, BTC, Solare Datensysteme, Hessware ZSW, SWU SWU, TU Agder (NO), AMA Systems, Digsilent AIT, TU Wien, SWU, UNI/DSO Schweden, NEC, WIP Kontakt Prof. Gerd Heilscher Holger Ruf Tobias Kaufmann Hochschule Ulm - University of Applied Sciences Institut für Energie- und Antriebstechnik Florian Meier SWU Netze GmbH Leiter Netz- und Anlagenplanung Eberhard Finckh Str Ulm Karlstraße Ulm Seite 32 Mail: heilscher@hs-ulm.de ruf@hs-ulm.de kaufmann@hs-ulm.de Mail: florian.meier@swu.de