Regelung von Inselnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien. Walter Hörmann

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1 Regelung von Inselnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien Walter Hörmann siemens.com/digitalgrid

2 Inselnetze als hervorragende Alternative zur Lösung der drei wichtigsten Herausforderungen Eigenschaften von Inselnetzen Inselnetz (engl. Microgrid): Örtlich abgegrenztes elektrisches Netz mit eigener Erzeugung, Lasten und Speichern das in dem das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch sichergestellt wird und netzgetrennt betrieben werden kann. Typische Anwendungsgebiete von Inselnetzen Ländliche Regionen in Entwicklungs- und Schwellenländern mit steigendem Energiebedarf Geografische Inseln, Regionen ohne Verbundnetzanschluss Eigenständig betriebene industrielle Netze Versorgung von sicherheitskritischen Infrastrukturen Versorgungssicherheit Die Herausforderung liegt in der Überwachung und Steuerung des Netzes Energieeffizienz Nachhaltigkeit Seite 2

3 Inselnetze im Wandel Erneuerbare Energien und Speicher ersetzen mehr und mehr konventionelle Generatoren Der Ausgangspunkt Meist konventionelle Generatoren ohne übergeordnetes Regel- und Steuersystem Die Zukunft Verschiedenste regenerative Erzeuger in Kombination mit Speichersystemen, konventionellen Generatoren und übergeordnetem Regel- und Steuersystem Seite 3

4 Herausforderungen und Lösungsansätze bei der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energien Optimierung der Effizienz der konventionellen Generatoren ƞ-wirkungsgrad Optimaler Diesel Wirkungsgrad Optimaler Einsatz aller Betriebsmittel Optimale Integration Erneuerbarer Energien ƞ-wirkungsgrad Last Dieselgeneratoren Zusätzliche Erneuerbare Energien Seite 4

5 Funktionen eines Regel- und Steuersystem für Inselnetze mit einem hohen Anteil von erneuerbaren Energien Anlagenüberwachung Ausfallerkennung, Schwarzstart und automatische Netzbetriebsmodi Automatischer Start von Backup- Generatoren Betriebspunktoptimierung Leistungsreserveüberwachung Leistungsglättung/ Spitzenlastreduktion Ladezustandsverwaltung Energieaustauschregelung Wirtschaftliche und ökologische Indizes Die Herausforderung liegt in der autonomen Überwachung und Steuerung des Netzes. Seite 5

6 Modularer Aufbau des Regel- und Steuersystem zur optimalen Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall Arbeitspunktoptimierung Leistungsglättung 50 MW A Wirkungsgrad Efficiency (%) Pmax 100% 80% Erzeugung Output (% Rated (% Nennleistung) Power) E-Storage Diesel Generation MW Nur Only Dieselgenerator Generator B Last load h Last load P max / Pmax P rated / PNenn 1 Power Speicherung buffering Rated power of T&D system Charging Laden bei Peak Hochlast hour Discharging Entladen bei Off-peak Schwachlast hour Energieaustauschregelung Dieselgenerator Generator + Batterie Storage h Time Spitzenlastreduktion P max / P rated Pmax / PNenn P max / Pmax / PNenn P rated 1,2 Excess Energieüberschuß of energy 1 Rated power of T&D system 1 0,5 Rated power of T&D system Time Energieverschiebung shifting Time Zeit 0 8:00 12:00 16:00 18:00 Zeit Seite 6

7 Wildpoldsried: Das smarte Energiedorf IREN2 basiert auf Ergebnissen aus dem Projekt IRENE: Mehr Einspeisung aus Erneuerbaren, aber weniger Netzausbaukosten durch intelligente Netzplanung Ausbau mit regelbaren Netzkomponenten wie intelligente Ortsnetzstation aber keine flächendeckende Messtechnik nötig Fragen in IREN2: Können Netze mit hohem Anteil Erneuerbarer autark laufen? Können solche Netzgebiete Großkraftwerke ersetzen? Solar- und Windkraft, Biogas, Biomasse die Gemeinde Wildpoldsried im Allgäu erzeugt aus erneuerbaren Quellen fünfmal so viel Energie, wie sie selbst verbraucht. Unsere Forschungspartner: Seite 7

8 Aufbau und Regelung eines Inselnetzes mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien am Beispiel IREN2 in Wildpoldsried Inselnetz SICAM Microgrid Controller LS2 Bedienplatz Wildpoldsried G Dieselgeneratoren G Sportplatz Station Salzstraße LS1 LS3 Günzacher Str. Batteriespeicher Lastbank PV/Last Emulation Schule/ Kindergarten Microgrid Controller Salzstraße/ Feuerwehr Turnhalle/ Wertstoffhof Autonomer Betrieb; SICAM Microgrid Controller erfordert keine kontinuierliche Kommunikation mit einer übergeordneten Leitstelle Regelung erneuerbarer Erzeuger Schwarzstart Synchronisierung Laststeuerung Ladezustands-verwaltung Betriebspunkt-optimierung Regelbasierte Optimierung Seite 8

9 Kontakt Siemens AG Walter Hörmann RC-AT EM DG SYS OP-HQ Mobil: +43 (664) siemens.com/digitalgrid Seite 9