Totally Integrated Power SIESTORAGE. Das modulare Energiespeichersystem für zuverlässige Energieversorgung.

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1 Totally Integrated Power SIESTORAGE Das modulare Energiespeichersystem für zuverlässige Energieversorgung

2 Totally Integrated Power (TIP) Wir bringen Strom auf den Punkt. Unsere Produkte, Systeme und Lösungen für die Nieder- und Mittelspannung machen die Stromverteilung weltweit effizient, zuverlässig und sicher in Städten, Infrastruktur, Gebäuden und in der Industrie. Sie lassen sich an die Industrie-Automatisierung oder Gebäude-Automation anbinden und werden durch umfassenden Support über den gesamten Lebenszyklus ergänzt. Die jüngsten Veränderungen in der Stromerzeugung stellen die Verteilnetze vor komplett neue Herausforderungen. Mehr erneuerbare Energiequellen führen zu Stromschwankungen im Energiemix, die sich auf die Netzstabilität auswirken. Eine Möglichkeit, solche Netzinstabilitäten zu kompensieren, ist der Einsatz eines Energiespeichers als Puffer. Die optimale, auf Lithium-Ionen-Batterien basierende Kombination von Leistungselektronik stellt eine stabile und zuverlässige Stromversorgung sicher. 2

3 Stabile und zuverlässige Energieversorgung: SIESTORAGE Als Teil von Totally Integrated Power (TIP) unterstreicht das Energiespeichersystem SIESTORAGE das Motto Wir bringen Strom auf den Punkt. Erneuerbare Energiequellen nehmen bereits heute eine Schlüsselrolle im Energiemix ein. Durch ihre starke Präsenz und die Zunahme dezentraler Energieerzeugung hat sich die Struktur von Stromnetzen verändert. Allerdings kann die Unberechenbarkeit der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen zu Schwankungen und Ungleichgewichten zwischen Erzeugung und Last führen, die sich auf die Netzstabilität und Versorgungsqualität auswirken. Um eine stabile und zuverlässige Stromversorgung zu gewährleisten, hat Siemens mit SIESTORAGE ein nachhaltiges und modulares, stationäres Energiespeicher- und Energieflussmanagementsystem entwickelt, das eine reaktionsschnelle Energieregelungsfunktion mit Lithium-Ionen-Batterien kombiniert. Die Batterien werden von weltweit führenden Herstellern geliefert. Das System kann eine Leistung von bis zu 20 Megawatt bei einer Kapazität von 20 Megawattstunden erreichen. Das modulare Konzept ermöglicht die Anpassung an spezifische Anforderungen, um jeglichen Bedarf an gespeicherter Energie oder Kapazität zu decken, und stellt eine große Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten für Energieversorgungsunternehmen, Netzbetreiber, Industrie und Infrastruktur bereit. Mit SIESTORAGE lassen sich Anlagen optimieren und Einspar potenziale heben. Dank einer umfassenden Palette an Produkten und Systemen sowie der Expertise von Siemens bezüglich Lösungen und Realisierung profitieren Kunden von einer Komplettlösung von der Planung über das Engineering bis hin zur Montage, zur Inbetriebnahme und zum Kundendienst. SIESTORAGE bietet mehr: Durchgängigkeit Das breite Angebot umfasst alles von LV-, MV- und Speicherkomponenten bis hin zu kompetenten Lösungen für Energieversorgung Eine einzige Anlaufstelle Von der Planung und Montage bis hin zu Inbetriebnahme und Kundendienst Flexibilität Modulares Konzept deckt jeglichen Bedarf an gespeicherten Energien oder Kapazität bis zu 20 MW / 20 MWh Zuverlässigkeit Energieversorgung innerhalb von Millisekunden und hohe Redundanz des Systems für hervorragende Verfügbarkeit Effizienz Optimierungs- und Einsparpotenzial für ein breites Anwendungsspektrum Sicherheit Umfassende Sicherheitssysteme, bewährte Komponenten und Batteriesysteme Moderne Technologie Modernste Komponenten kombinieren innovative Leistungselektronik mit Lithium- Ionen- Batterien 3

4 20 kv* Modernes Netz: Es werden neue, stabil isierende Lösungen benötigt Traditionelles Netz: Die Netzkomplexität erhöht das Risiko von Instabilitäten im Netz 110 kv* 110 kv* 20 kv* 20 kv* 0,4 kv* 0,4 kv* Legende Umspannwerk Ortsnetzstation * Die angegebenen Spannungswerte sind beispielhaft Geeignet für einen breiten Anwendungsbereich Die Herausforderung: Zuverlässige Energieversorgung Eine nachhaltige Energieversorgung ist ohne erneuerbare Energiequellen nicht mehr vorstellbar. Auch wenn die Geschwindigkeit des Übergangs von fossilen und nuklearen Energiequellen hin zu Wind-, Solar- und Bioenergie von Land zu Land variiert, sind neue Randbedingungen für die Energieversorgung bereits festgelegt. In diesem Zusammenhang nehmen Energiespeichersysteme zunehmend eine Schlüsselrolle für die Umstellung der Netze ein. Die breite Nutzung von erneuerbaren Energien führt zu neuen Herausforderungen für die Netzstabilität: Ein Maß für die Netzstabilität ist die Kurzschlussleistung, die Erzeuger, die Wind- und Solarenergie nutzen, in der Regel nicht in ausreichendem Maße liefern. Die Einspeisung dezen tral erzeugter Energie kann dazu führen, dass der Lastfluss sich um kehrt, was in nicht dafür ausgelegten Verteilnetzen zu Schäden und Stromaus fällen führen kann. 4 Die naturgemäß teilweise erheblichen Schwankungen der Erzeugungsleistung regenerativer Quellen führen überdies zu häufigen Ungleichgewichten zwischen Erzeugung und Last. Das beeinträchtigt die Stabilität des Netzes erheblich bis hin zum Netzausfall. Selbst die kürzeste Unterbrechung der Energieversorgung kann einen Totalausfall der Produktionsanlagen bedeuten und damit einen enormen Qualitäts- und Zeitverlust mit spür baren finanziellen Einbußen. Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Stromversorgung sicherzustellen, muss ausreichend Regelenergie zur Verfügung gestellt werden.

5 SIESTORAGE kann schnell an spezifische Energieanforderungen und Speicherkapazitäten angepasst und somit für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden. Massenspeicher Eignung von Ressourcen Frequenzregelung Zeitliche Verschiebung Stabilisierung erneuerbarer Energien Zusätzliche Leistungen Regelenergie Hochlaufsteuerung Schwarzstart Blindleistung Dank SIESTORAGE kann eine zunehmende Zahl von Solarund Windkraftwerken in Verteilnetze integriert werden. Als Konsequenz daraus können Netzbetreiber den hohen Energiebedarf von Industrie- und Infrastrukturbetrieben besser decken. Aufrüstungsaufschub Anpassung erneuerbarer Energien Entlastung bei Überlastung Spannungsunterstützung Die Antwort: SIESTORAGE Klassische Energiespeicher können einen stabilen Netzbetrieb in den unteren Verteilnetzebenen heute nicht mehr ohne Weiteres gewährleisten. Gefragt ist vor allem eine Speicherlösung, die Regelenergie für die Primärregelung zur Verfügung stellt. SIESTORAGE kann verfügbare Energie nahezu ohne Verzögerung liefern. Es verbessert sogar die Spannungs- und Versorgungsqualität, indem es Wirk- und Blindleistung auf Anforderung hin liefert und damit kleine Spannungsschwankungen in der Erzeugungsleistung in Millisekunden ausgleicht. Dadurch ermöglicht SIESTORAGE die Inte gration einer zunehmenden Menge von Solar- und Windkraftanlagen in Verteilnetze, ohne dass diese unmittelbar aus gebaut werden müssen. Das System trägt so nicht nur zur Entlastung der Netze bei, sondern kann darüber hinaus zusätzliche Leistung für Elektromobilität und den öffentlichen Personennahverkehr puffern. Schließlich gewährleistet SIESTORAGE die Zuverlässigkeit von Stromnetzen für isolierte Standorte und Bereiche, in denen der Zugang zur Energieversorgung begrenzt ist. In diesen Fällen bietet das System eine nachhaltige, mit erneuerbaren Energiequellen kombinierte Lösung auch für Mikronetze, die durch Dieselgeneratoren versorgt werden. Lastspitzenmanagement Netzqualität Reserveenergie Erhöhung der Dieselgenerator-Effizienz Wenn keine Regelenergie verfügbar ist, um die Effizienz von Dieselgeneratoren zu verbessern, kann SIESTORAGE bei höheren Lasten als ein Bereichserweiterer für kleinere Dieselgeneratoren dienen und so die Größe der Generatoren und deren Effizienz optimieren. Während der Niederlastperioden kann die Energie aus dem Netz entnommen und für Hochlastperioden gespeichert werden. Denn schon das einmalige Überschreiten der mit dem Energieversorger vereinbarten Maximalleistung kann hohe Kosten verursachen. SIESTORAGE hilft so, teure Spitzenlasten zu vermeiden, und bietet damit eine nachhaltige Lösung für industrielle Prozesse, Infrastrukturbetriebe sowie energieeffiziente Gebäude. Ein weiterer Anwendungsbereich für SIESTORAGE ist die kontinuierliche Energieversorgung von sensiblen industriellen Produktionsprozessen, Rechenzentren, Krankenhäusern usw. Sogar bei Stromausfällen kann das System die Energiezuverlässigkeit gewährleisten. Die Schwarzstartfähigkeit von SIESTORAGE macht das Hochfahren eines Netzes möglich, wenn die Hauptversorgung nicht verfügbar ist. Die gespeicherte Energie genügt, um beispielsweise eine Gasturbine zu starten und die Leistungsanforderungen des Netzes zu überbrücken. 5

6 Netzanalyse als erster Schritt Bei der Ausarbeitung eines passenden Geschäftsmodells für die Energieversorgung beginnt man üblicherweise mit der Netzanalyse. Dabei wird eine Simulation verschiedener potenzieller Anwendungen durchgeführt, die Betrachtungen zur Effizienz des SIESTORAGE-Einsatzes enthalten. Hierzu bietet Siemens ein komplettes Beratungspaket, das die Energieflusskalkulation und Blindleistungsanalyse, Kontingenzanalyse, Kurzschlussstromberechnung, probabilistische Zuverlässigkeitsanalyse, dynamische Stabilitätsberechnung und Schutzkoordination beinhaltet. Anwendungsbeispiel zur Erhöhung der Dieselgenerator-Effizienz MW A Last Leistungsabgabe (% Nennleistung) Nur Dieselgenerator h Pmax MW B 100% 80% E-Speicher Last Dieselerzeugung Dieselgenerator + Speicher h 6

7 Sparpotenzial für verschiedene nachhaltige Geschäftsmodelle Bei der Energieerzeugung mit PV- oder Windkraftanlagen spielen Jahreszeit und Witterung eine große Rolle. Die Reglerfunktion von SIESTORAGE muss das Lade-/ Entladeverhalten entsprechend den daraus entstehenden Abhängigkeiten umsetzen. Bei fluktuierenden Energiequellen muss eine statistische Grenze für die Verfügbarkeit des Speichersystems angesetzt werden, die bei der Planung zur Realisierung von SIESTORAGE in Abhängigkeit von der betrachteten Anwendung festgelegt wird. Diese Grenze geht als Randbedingung in die Planung ein. Die optimierte Effizienz einer Anwendung hängt auch von der lokalen Regelung und von potenziellen finanziellen Anreizen ab. SIESTORAGE kann daher auch eine Schlüsselrolle zum Erreichen ambitionierter Klimaziele spielen. Die folgenden Beispiele können als nachhaltige Geschäftsmodelle betrachtet werden. Regelenergie Die Abweichung zwischen Energieerzeugung und momentaner Last wird mithilfe von Regelenergie ausgeglichen, die SIESTORAGE zuverlässig innerhalb von Millisekunden zur Verfügung stellen kann. Das sichert eine konstante Energieversorgung und spart Kosten bei der Erzeugung und Vorhaltung anderer Regelenergiereserven. Energieerzeuger können darüber hinaus den gespeicherten regenerativen Strom gezielter an der Strombörse handeln. Lastspitzenmanagement Netzbetreiber vereinbaren mit ihren Kunden einen Preis für die Maximalleistung. Aus diesem Grund nutzen z.b. Industriebetriebe grundsätzlich ihre eigenen Stromerzeuger, da das Überschreiten von Lastspitzen hohe Kosten verursachen kann. Diese Erzeuger sind oft nicht emissionsfrei. SIESTORAGE kann Lastspitzen mit gespeicherter Energie ausgleichen und unterstützt damit einen umweltfreundlichen Betrieb. Effiziente Nutzung der Netzkapazität Fluktuierende Einspeisungen belasten die Nieder- und Mittelspannungsnetze. SIESTORAGE gleicht dies dadurch aus, dass überschüssige Energie gespeichert und später ins Netz eingespeist wird. Die zu übertragende Energiemenge bleibt konstant und die Belastung des Verteilnetzes gleichmäßig. Dadurch wird ein Netzausbau vermieden und die LV- und MV-Komponenten des Netzes bleiben geschützt. Erhöhung der Dieselgenerator-Effizienz Durch die Funktion von SIESTORAGE als Bereichserweiterer kann die Größe der Generatoren auf kleinere Einheiten optimiert werden. SIESTORAGE kann die Laufzeit von Dieselgeneratoren reduzieren (ausschalten bei kleineren Lasten) und ermöglicht daher einen geringeren Kraftstoffverbrauch und geringere Gasemissionen für einen besseren ökologischen Fußabdruck. 7

8 Anordnung der Energieblöcke Verbindungspunkt (POI*) A C HMI B = = = = = = = = = = = = Eigenbedarfstransformator SCU D Messung * Point of interconnection A B Ein modulares Konzept für alle Energiespeicher- und Kapazitätsbedürfnisse 4 Power Stacks Inhalt 12 Power Stacks Inhalt 2x12 Power Stacks (z.b. in 45 Containerlösung) 2 Umrichterschränke (mit max. 2 Umrichtermodulen) 1 Steuerungsschrank 1 Netzanschlussschrank (optional) X Batterieschränke* Nennleistung: max. 472 kva Nennkapazität von 180 bis 900 kwh 6 Umrichterschränke (mit max. 2 Umrichtermodulen) 1 Steuerungsschrank 1 Netzanschlussschrank (optional) X Batterieschränke* Nennleistung: kw (skalierbar) Nennkapazität von 540 bis kwh (skalierbar) inkl. Heizungs-/Lüftungs-/ Klimaanlagen-Steuerung, Brandmeldeund Feuerlöschanlage Nennleistung: kw (skalierbar) Nennkapazität: kwh (skalierbar) 8 * max. 5 angeschlossen an ein Umrichtermodul, abhängig vom Batteriehersteller

9 A Netzanschlussschrank* (400 x 600 x mm) C Steuerungsschrank (800 x 600 x mm) Kabelabzweig für Netzanschluss Sammelschienensystem * optional MMS (Mensch-Maschine- Schnittstelle) SCU (System Control Unit) Ethernet Switch B Umrichterschrank (600 x 600 x mm) 2 Umrichtermodule und zugehörige Steuerungsgeräte Jedes Modul: V Nenn: 400 V I Nenn: 170 A S Nenn: 118 kva P Nenn: abhängig vom Batterietyp 24 V DC Energieverteilung Eigenbedarfstransformator (optional) D Batterieschrank (600 x 650 x mm) Inhaltsbeispiel*: 14 Module 1 BMS (Batteriemanagementsystem) Leistung: 90 kw Kapazität: 45 kwh C D * Abhängig vom Lieferanten Hohe Energieverfügbarkeit und -zuverlässigkeit Die Modularität von SIESTORAGE ermöglicht höchste Flexibilität beim Aufbau. Das System kann auf alle Kundenbedürfnisse zugeschnitten werden. Es besteht aus einem Umrichterschrank, einem Steuerungsschrank, einem Netzanschlussschrank und aus bis zu fünf Batterieschränken pro Umrichter, abhängig vom Batterielieferanten. Mit einer Leistungsbreite von circa 0,1 bis 20 MW kann SIESTORAGE in einen Standard-Container integriert so aufgebaut werden, dass allen Energiespeicher- und Kapazitätsbedürfnissen für jede Anwendung entsprochen wird. Hohe Zuverlässigkeit bei minimaler Wartung Dank der Parallelverbindung der Umrichter auf der Wechselspannungsseite müssen die Batterieschränke nicht symmetriert werden. Die sehr hohe Redundanz des SIESTORAGE-Systems ist im Falle einer einzelnen Fehlerstelle von Vorteil, da diese keinen Einfluss auf die Verfügbarkeit des Speichersystems hat. Dies führt zu maximaler Energieverfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Durch individuelles Ausgleichen der Batterieschränke ist die installierte Batteriekapazität maximal optimiert und bietet daher eine noch höhere Zuverlässigkeit bei minimaler Wartung. SIESTORAGE-Lösung für höchste Verfügbarkeit 1 Hohe Zuverlässigkeit und Energieverfügbarkeit dank Parallel-Verbindung der Umrichter auf der AC-Seite 2 Optimierung der installierten Batteriekapazität durch individuelles Ausgleichen der Batterieschränke 2 1 9

10 Einheitliches Portfolio von den Speicherkomponenten bis hin zu LV- und MV- Schaltanlagen, Transformatoren und Energieautomatisierung, inklusive E-House-Fertigung Nutzen aus umfassender Kompetenz Die umfassende Kompetenz von Siemens hilft den Kunden, ihren Energieverbrauch zu optimieren und dadurch den Ertrag zu maximieren. Jahrzehnte an Erfahrung und kontinuierliche Innovation bilden die Grundlage für dieses Know-how. Das Ergebnis sind integrierte Lösungen mit Komponenten nach dem letzten Stand der Technik, von Speicherkomponenten inklusive Leistungselektronik und Lithium-Ionen-Batterien bis hin zu LVund MV-Anlagen, Transformatoren und Energieautomatisierung, die gemeinsam die Netzintegration gewährleisten. Zusätzlich stellt Siemens ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem für einen reibungslosen Betrieb bei hohen Technologie-Expertise Leistungselektronik und Speichersysteme LV- und MV-Schaltanlagen Transformatoren Energieautomatisierung und Netzintegration Umgebungstemperaturen sowie eine Brandmelde- und Feuerlöschanlage bereit. Als E-House-Hersteller verfügt Siemens über Expertise bei Komplettlösungen für die Energieversorgung und kann schlüsselfertige Lösungen anbieten, die sorgfältig entwickelt, gefertigt, montiert und vorgeprüft wurden. Dies reduziert sowohl bauliche Risiken als auch die Montagezeiten. Mit SIESTORAGE profitieren Kunden von der durchgängigen Kompetenz von Siemens bezüglich moderner Technologien bei Energieversorgungslösungen und der Erfahrung bei deren Realisierung. Alles aus einer Hand! Lösungs- und Umsetzungserfahrung Erfahrung mit Netzbetreibern E-House-Fertigung Erfahrung bei Komplettlösungen für die Energieverteilung Eines der führenden Unternehmen bei intelligenten Systemen 10

11 Beratung, Planung Engineering Bestellung, Lieferung Installation, Inbetriebnahme Betrieb Service, Modernisierung Projekt-Lebenszyklusmanagement Eine einzige Anlaufstelle Siemens begleitet seine Kunden bei jedem Schritt auf dem Weg durch alle Phasen des Projekts vom Engineering bis zur Montage und Inbetriebnahme. Zuverlässiger und kompetenter Support vor Ort wird von der Planung bis zum Kundendienst bereitgestellt. Komponenten und Hilfseinrichtungen werden weltweit bezogen und in ein E-House oder das Gebäude des Kunden integriert. Die Fertigungsstätten und Kompetenzzentren von Siemens sind weltweit verteilt. Bei jedem Projekt unterstützt Siemens die lokale Wertschöpfung und garantiert die Verfügbarkeit einer kompetenten Kontaktperson in der Nähe. Siemens-Experten bringen ihre Erfahrungen zu Projektmanagement, Finanz- Dienstleistungen und Lebenszyklusmanagement in jedes Projekt ein. Dies ermöglicht ihnen, alle Aspekte der Sicherheit, der Logistik und des Umweltschutzes zu berücksichtigen. Kundendienst Unser Kundendienstkonzept basiert auf einem Customer Support Center (Hotline) mit 24/7-Verfügbarkeit. Es bietet professionelle Wartungsdienste, die geplant oder auf Abruf terminiert werden. Die Batterie-Lebensdauer kann durch Verfolgung wesentlicher Parameter und Betriebsoptimierung verlängert werden. Hotline: Telefon: Fax:

12 Siemens AG Infrastructure & Cities Sector Low and Medium Voltage Medium Voltage & Systems Postfach Erlangen, Deutschland Bestell-Nr.: IC1000-G320-A151-V2 Gedruckt in Deutschland 74/59931 WS Änderungen vorbehalten 2014 Siemens. Alle Rechte vorbehalten. Die Informationen in dieser Broschüre enthalten allgemeine Beschreibungen oder Leistungsmerkmale, welche im Einzelfall nicht immer so vorliegen wie beschrieben oder sich aufgrund der Weiterentwicklung der Produkte verändern können. Eine Verpflichtung zur Einhaltung der jeweiligen Merkmale ist nur gegeben, sofern dies ausdrücklich in den Vertragsbedingungen vereinbart wurde.