VERFAHREN ZUR ERWEITERTEN, MEHRKRITERIELL- OPTIMIERENDEN BETRIEBSFÜHRUNG VON PV- BATTERIESPEICHERSYSTEMEN

Transkript

1 Institut für Energietechnik Professur für Energiespeichersysteme VERFAHREN ZUR ERWEITERTEN, MEHRKRITERIELL- OPTIMIERENDEN BETRIEBSFÜHRUNG VON PV- BATTERIESPEICHERSYSTEMEN Michael Böttiger Dresden,

2 Agenda 1. Motivation 2. PV-Batteriespeichersystem 3. Erweitertes, mehrkriteriell-optimierendes Betriebsführungskonzept 4. Simulationsergebnisse Wichtungsfaktoren Prognoseeinfluss Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 2/17

3 Energiewende [Q1] [Q2] Leistung in GW Installierte Solarleistung Deutschland [Q3] Jahr Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 3/17

4 Kopplungsarten AC - Kopplung DC - Kopplung PV DC/AC P PV > P Netz_e > Netz PV DC/DC P DC/AC PV > P Netz_e > Netz P Netz_b < P Netz_b < P Last > P last > AC/DC Last DC/DC Last P Batt > P Batt < P Batt > P Batt < Batterie Batterie _ _ _ _ max _ _, Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 4/17

5 Bewertungskriterien Bewertungskriterium Selbstversorgungsgrad k SVG in % Eigenverbrauchsquote k EVQ in % Abregelverluste k ARV in % Stromkosten k el in Batterievollzyklen k Batt_fc Batteriekennwert k Batt_cal Gleichung 1% _ 1% _ 1% _ _ _ 2 _ 9% Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 5/17

6 Ziele Betriebsführungskonzept P Diff 5 Leistung P in W P Netz_e,max =1W SOC in % Zeit t in h Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 6/17

7 Ziele Betriebsführungskonzept P Diff P Netz P Batt P Diff* Maximierung Selbstversorgungsgrad 5 Leistung P in W SOC in % Zeit t in h Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 7/17

8 Ziele Betriebsführungskonzept P Diff P Netz P Batt P Diff* Maximierung Selbstversorgungsgrad 5 Minimierung Abregelverluste Maximierung Batterielebensdauer Leistung P in W SOC in % Zeit t in h Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 7/17

9 Ziele Betriebsführungskonzept P Diff P Netz P Batt P Diff* Maximierung Selbstversorgungsgrad 5 Minimierung Abregelverluste Maximierung Batterielebensdauer Leistung P in W Minimierung Netzbezugsleistung Minimierung Gesamtverluste SOC in % Zeit t in h Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 7/17

10 Aufbau Betriebsführungskonzept Messdaten Prognose-Modul Dyn. Programmierung optimierter Steuervektor Wetterbericht Simulationsmodell Ladezustand, Verluste, Strom und Spannung Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 8/17

11 Optimierungsmodul Dynamische Programmierung dynamisch = sequentiell Programmierung = im Sinne von Planung (mathematische Optimierung) graphenbasierter Algorithmus deterministisches Verfahren Methode zur Optimierung von mehrstufigen Entscheidungsprozessen keine Beschränkungen an Zielfunktion und Nebenbedingungen Optimalitätsprinzip von Richard Bellmann (1957) X() X(p) X() X(k) X(k+1 ) X(p) Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 9/17

12 Optimierungsmodul Dynamische Programmierung Ladezustand SOC in % min, Zeit t in h Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 1/17

13 Datenbasis E PV 5kWh Simulationsdauer 1Jahr E Last 4kWh Simulationsschrittweite 15min E Batt 5kWh Prädiktionshorizont 33h SOC % - 1% Optimierungsschrittweite 15min max. Netzeinspeiseleistung P Netz_max 1W SOC Diskretisierung,5 Strompreis K EGP Einspeisevergütung K FIT Globalstrahlung G in W/m : 18: 12: Uhrzeit 6: :,3 /kwh,1 /kwh Tag Optimierungskriterien Leistung P in W : 18: 12: Uhrzeit 6: : Stromkosten, Netzentlastung, Batterielebensdauer Tag Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 11/17

14 Einfluss Wichtungsfaktoren Selbstversorgungsgrad k SVG in % Abregelverluste k ARV in % Batterievollzyklen k Batt_fc,1,8, ,1,8, ,1,8, ,4,2,2,4,6, ,4,2,2,4,6, ,4,2,2,4,6, Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 12/17

15 Einfluss Prognose,5,1 Bewertungskriterium ideal Persistenz verrauscht gefiltert Selbstversorgungsgrad k SVG in % Eigenverbrauchsquote k EVQ in % Abregelverluste k ARV in % Stromkosten k el in Batterievollzyklen k Batt_fc Batteriekennwert k Batt_cal in % Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 13/17

16 Aufbau Betriebsführungskonzept Messdaten Prognose-Modul Dyn. Programmierung SOC-Band-Methode optimierter Steuervektor Wetterbericht Simulationsmodell Ladezustand, Verluste, Strom und Spannung Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 14/17

17 SOC-Band-Methode SOC in % Zeit t in h Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 15/17

18 Ergebnisse SOC-Band 5%,1,1 Bewertungskriterium ideal Persistenz verrauscht gefiltert Selbstversorgungsgrad k SVG in % Eigenverbrauchsquote k EVQ in % Abregelverluste k ARV in % Stromkosten k el in Batterievollzyklen k Batt_fc Batteriekennwert k Batt_cal in % Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 16/17

19 Ausblick - Bewertung der Leistungsflussaufteilung - Adaption der Modellparameter - Adaption Wichtungsparameter - Definition der Neuoptimierung - Festlegung der SOC-Bandbreite Messdaten Prognose-Modul Dyn. Programmierung SOC-Band-Methode optimierter Steuervektor Wetterbericht Simulationsmodell Ladezustand, Verluste, Strom und Spannung Professur für Energiespeichersysteme - Michael Böttiger 17/17

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Institut für Energietechnik Professur für Energiespeichersysteme VERFAHREN ZUR ERWEITERTEN, MEHRKRITERIELL- OPTIMIERENDEN BETRIEBSFÜHRUNG VON PV- BATTERIESPEICHERSYSTEMEN Michael Böttiger Dresden,