Grossbatterie Praxiserfahrung aus dem EKZ Smart Grid Labor. Michael Koller, Leiter Technologiemanagement, 31. Mai 2016, Powertage 2016

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1 Grossbatterie Praxiserfahrung aus dem EKZ Smart Grid Labor Michael Koller, Leiter Technologiemanagement, 31. Mai 2016, Powertage 2016

2 Agenda I. EKZ Smart Grid Labor II. EKZ Batteriespeicher III. Pilotprojekt Lastmanagement für PV Integration IV. Netzberechnung mit SmartGrid-Elementen 2

3 Lastflüsse Trafostation mit viel Photovoltaik Messungen der Situation heute keine Simulation von 2050! 3

4 Projekte im EKZ Smart Grid Labor PV Testanlage Dezentrale Batteriespeicher Dynamisches Lastmanagement Virtuelles Kraftwerk EKZ Smart Grid Labor Einhaltung von lokalen Fahrplänen und Prognosen Dynamische Netzberechnung Inselbetrieb Microgrids Verzögerung Netzausbau für PV 4

5 The Zurich 1 MW BESS Batteriecontainer Trafostation Kupplungstrafo Konverter 1 MVA 5

6 Details vom 1 MW Batteriespeicher Batteriemodule Batteriecontainer Wechselrichter SCADA Eigenschaft Wert Bemerkungen Leistung 1.3 MW Max. Laden & Entladen Kapazität 580 kwh MW Systemintegrator ABB Batterietechnologie Li-Ionen Hersteller LG Chem Effizienz 80 90% Round Trip 6

7 Anwendungen EKZ Batteriespeicher Peak Shaving Verzögerung Netzausbau Reduktion der Sicherheitsmarge im Netzbau Reduktion Leistungspreis Spannungshaltung Netzintegration dezentraler Erzeugern im Verteilnetz Verbessern Spannungsqualität bei kritischen industriellen Prozessen Frequenzregulierung Inselfähigkeit Microgrids USV für kritischen Verbraucher Nutzen Verteilnetz Kundennutzen Marktorientierte Flexibilität Netzorientierte Flexibilität 7

8 Inselbetrieb / Microgrid Komponenten Batterie Diesel im Parallelbetrieb Bürogebäude Photovoltaik Ladestationen Netztrennung Inselbetrieb Synchronisation Netzparallel 8

9 Messungen Inselbetrieb EKZ Gebäude 7 9

10 Lastkurve Verteilnetz 10

11 Peak Shaving Verteilnetz Spitzenlast: 1 GW Limite: 800 MW Energiegehalt Jahr: 50 GWh Max. Energiegehalt Tag: 2 GWh 11

12 Peak Shaving Grosses Bürogebäude Spitzenlast: 150 kw Limite: 100 kw Energiegehalt Jahr: 6 MWh Max. Energiegehalt Tag: 175 kwh 12

13 Lastvorhersage Peak Shaving basierend auf Prognosen Einsatz basierend auf Vorhersage von Last und Erzeugung Batteriemodell Vorhersagen Optimierung BESS Einsatzplan PV Vorhersage basierend auf Meteo Dienst Lastvorhersage mit künstlichem neuronalem Netz 13

14 Frequenzregelung im europäischen Verbundnetz Quelle: swissgrid. 14

15 Batteriespeicher präqualifiziert für Primärregelung Swissgrid beschafft Primärregelreserve (PRL) über Markt in wöchentlichen Auktionen EKZ Batteriespeicher seit Juni 2014 als erstes Nicht-Wasserkraftwerk in der Schweiz für Primärregelung präqualifiziert Erste eigenständige Batterie in Europa am Regelenergiemarkt ohne Absicherung durch konventionelle Kraftwerke Marktvolumen PRL: ca. 800 MW (Tendenz steigend mit neuen Ländern) 15

16 Preisentwicklung PRL, SRL vor und nach der Marktkopplung Int. Markt 16

17 laden negativ negativ entladen positiv positiv Funktionsweise Primärregelung 1 MW Kraftwerk 1 MW Speicher +0.5 MW -0.5 MW +1 MW -1 MW Aktivierung der Primärregelung über lokale Frequenzmessung Keine zentrale Steuerung Speicher bieten doppelte Flexibilität im Vergleich mit Kraftwerken Speicher können Leistung sehr schnell anpassen und Netz mit viel neuen erneuerbaren Energien stabilisieren Speicher dürfen nie voll oder leer sein um Leistung zu garantieren 17

18 EKZ Batteriespeicher beim Ausfall von KKW Leibstadt im Januar

19 Häufigkeit [-] Betriebserfahrung in der Primärregelung mit dem EKZ Batteriespeicher Vorhaltung von Primärregelleistung während >50 Wochen Keine Ausfälle des Systems EKZ Nachladealgorithmus konnte Ladezustand immer zwischen 44.5% und 75.7% stabilisieren 19

20 Pilotprojekt dynamisches Lastmanagement Neue Möglichkeiten der Smart Metering Infrastruktur nutzen Individuelles Schalten von Warmwasserboilern an einer Trafostation, um die Produktionsspitzen aus Photovoltaik lokal aufzufangen 20

21 Trafostation in der Gemeinde Rickenbach-Sulz Wert Bemerkungen Trafo 630 kva Installierte PV-Leistung 466 kw Last 350 kw Sommerspitze 75 Kunden Installierte Boilerleistung 314 kw 30 Pilotkunden, 63 NKE total 21

22 aber mmmmmmmmmmmmmmmmmmm Funktionsprinzip des dynamischen Lastmanagement für den Ausgleich von PV-Spitzen Ohne Mit Lademanagement PV PV von Boilern sorgt für Ausgleich der lokalen Produktion 22

23 IT-Übersicht für das dynamische Lastmanagement basierend auf Smart Metering Infrastruktur 23

24 Status Pilotprojekt Lastmanagement Freiwillige Pilotkunden: Aufzeichnung Lastprofil mit 15 min-auflösung Variable Schaltung der Elektroboiler in Abhängigkeit der vorhergesagten PV-Produktion Wann Was Mitte September 2015 Auswahl Pilotkunden (30) Januar 2016 Januar 2016 Dezember 2017 Installation Smart Meter im ganzen Gebiet Pilotbetrieb dynamisches Lastmanagement 24

25 Studie zur Verteilnetzplanung mit ETH-Spinoff Smart Metering Profile von freiwilligen Kunden für Modellierung Niederspannungsnetz Datenlücken durch mathematische Modelle gefüllt 25

26 Ersatzprofilgenerierung für Kunden ohne Smart Meter Profile Eine gewisse Zahl an Smart Meter Profilen reicht aus um das Niederspannungsnetz detailliert zu modellieren 26

27 Spannungsverlauf bei PV-Ausbau (280 kwp) Spannung: ca pu Verletzung EN Leitungsauslastung: ca. 0% 80% 27

28 Nutzen detaillierter Verteilnetzmodellierung Kostenvergleiche von konventionellem Netzausbau mit Smart Grid Alternativen werden möglich Einsparpotential im Verteilnetz für die Integration erneuerbarer Energien im Rahmen der Energiewende 28

29 Fazit EKZ Smart Grid Labor soll Kosteneffizienz im Rahmen der Energiestrategie 2050 sicherstellen Pilotprojekte als Basis für Strategien im Umgang mit dezentraler Produktion ein Beitrag der EKZ zur Schweizer Energiewende Erkenntnisse des Smart Grid Labors werden der Branche in Form von spezifischen Beratungsdienstleistungen zur Verfügung gestellt 29

30 Partner der EKZ beim Ausbau des Smart Grid 30

31 Besten Dank Michael Koller Leiter Technologiemanagement 31