Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze

Verteilte Einspeisungen in Niederspannungsnetze Dr. Gilbert Schnyder Geschäftsführer einfache Gesellschaft VEiN Swissbau Focus Arena Basel, 23. Januar 2014 Seite 1

VEiN - Projekt der angewandten Forschung zur. Klärung der Auswirkungen einer Vielzahl von dezentralen Erzeugungsanlagen auf die elektrischen Verteilnetze und allenfalls auch andere Infrastrukturnetze Seite 2

Trägerschaft des Projektes Netzbetreiber und Bund Gruppe Regionalwerke Seite 3

Agenda Ausgangslage Informationen zum Projekt «VEiN» Anlagen und Systeme Erkenntnisse Fazit Diskussion? Seite 4 Seite 4

Ausgangslage / Ist-Zustand Neue Energiepolitik des Bundes Forschungsprojekt ETH Zürich: Future energy Networks Energieversorgungsunternehmer prüfen den Einsatz von vielen dezentralen Einspeisungen in elektrischen Niederspannungsnetzen Arealvernetzungen (Vernetzung Infrastrukturanlagen) im Bereich Wärme/ Kälte werden umgesetzt Seite 5

Vision of future energy networks (2050) Quelle: ETH Zürich Seite 6

Vision zukünftiger Netzwerke mit «Energy Hub» Quelle: ETH Zürich Seite 7

Die bestehenden Netze in Rheinfelden Elektrisches Netz Thermisches Netz Gasnetz Strassennetz (Holztransport, flüssige Brennstoffe) und Datennetz Seite 8

Rahmenbedingung des Projektes Seite 9

Erwartete Problemstellungen der Netzbetreiber Netzrückwirkungen Spannungsqualität Oberschwingungen Flicker Spannungsschwankungen Symmetrie im Drehstromsystem Beeinflussung von Rundsteueranlagen Netzstruktur, Regelung Lastmodellierung Kompensation von Blindleistung P- und f-regelung Versorgungssicherheit Optimierung Sicherheitsanforderungen Rückspeisung Inselbildung Schutztechnik selektive Fehlererkennung Personensicherheit Seite 10

Das Kerngeschäft ist der VNB ist betroffen Der Ausbau und der Betrieb der Verteilnetze wird nachhaltig beeinflusst werden. Die Komplexität des Systems nimmt zu. Die Betriebsführung im Normalbetrieb und insbesondere im Störfall ist betroffen. Die Versorgungssicherheit und die Spannungsqualität beim Kunden darf nicht beeinträchtigt werden. Seite 11

Wo liegen die Probleme? Die Spannung im Netz kann ansteigen und Schäden bei den Verbrauchern verursachen Technische Störungen von Endgeräten bedingt durch «unsaubere» Strom-/Spannungsverläufe können auftreten Überlastungen können zur Zerstörung von Netzelementen und damit zum Versorgungsunterbruch führen Seite 12

Spannungserhöhung in Funktion der PV-Leistung Seite 13

Grenzwertüberschreitungen bei Oberschwingungen Seite 14

Neue Herausforderungen an die Verteilnetze Die Umkehr des Energieflusses ist möglich damit steigen die Anforderungen an die Planung und den Betrieb Gewollte oder ungewollte Inselbildungen im Netz können auftreten Probleme mit der Herstellung des Netznormalzustandes sind zu erwarten Der Einsatz von vermehrter Mess- und Leittechnik ist erforderlich damit werden die Betriebskosten steigen Stichwort Smart Grid Seite 15 Forum Electrosuisse / Netzstabilität mit «VEiN» / 7. Mai 2010 / René Soland / Seite 1 5

Zielsetzungen des Pilotprojektes 1. Aufbereitung und Sammlung von Fachwissen Neue Erkenntnisse gewinnen / Bestätigung der Theorie im Praxisumfeld Ermitteln der Auswirkungen auf die Verteilnetze für die Machbarkeit von VEiN 2. Technische Randbedingungen ausführlich definieren Mess-, Steuer- und Regelmöglichkeiten Neue Netzelemente und Netzstrukturen 3. Festlegung von Anschlussbedingungen für Netzelemente Ableiten von konkreten Regeln für den Anschluss von Anlagen an die Netze Seite 16

Das Konzept des Netzes mit den Einspeisungen Seite 17

Versorgungsnetz in Rheinfelden Seite 18

Das Netz und seine Kundenstruktur Seite 20

Die Standorte der möglichen Einspeisungen Seite 22

Realisierte Photovoltaikanlagen PV-Anlagen Inst. Leistung Produktion Volllaststunden 2011 2012 2011 2012 Alters- und Pflegeheim 32.8 kwp 31 729 kwh 27 477 kwh 967 h 859 h Parkhaus Parkresort Rheinfelden 60.1 kwp 61 515 kwh 49 896 kwh 1 023 h 832 h Wohnbaugenossenschaft Zähringer 31.5 kwp 37 560 kwh 30 887 kwh 1 192 h 981 h Privat: L Orsastrasse 9.4 kwp 9 504 kwh 8 339 kwh 1 011 h 826 h Privat: Hermann Keller Strasse 10.9 kwp - * 6 246 kwh - * 573 h TOTAL 144.7 kwp 140 308 kwh 122 845 kwh Seite 23

Realisierte Blockheizkraftwerkanlagen BHKW-Anlagen Inst. Leistung Produktion Volllaststunden 2011 2012 2011 2012 Alters- und Pflegeheim 48.0 kwp 192 767 kwh 220 296 kwh 4 015 h 4 590 h Schulhaus Robersten 90.0 kwp 317 610 kwh 70 914 kwh 3 529 h 788 h TOTAL 138.0 kwp 510 377 kwh 291 210 kwh Seite 24

Wirtschaftlichkeit der Anlagen Parameter - Elektrische Leistung: 48 kw - Thermische Leistung: 82 kw - Feuerungsleistung: 146 kw - Geplante Nutzungsdauer 15 Jahre Kennzahlen (ca. Werte) - Investition: 530 TCHF - Kapitalkosten: 60 TCHF pro Jahr - Betriebskosten: 105 TCHF pro Jahr - Stromerlös: 20 TCHF pro Jahr (Einspeisetarif ohne KEV 0.072 CHF/kWh) - Wärmeerlös: 80 TCHF pro Jahr - Gestehungskosten elektrisch gerechnet 0.29 CHF/kWh Seite 25

Realisierte Windanlagen Leichtwindanlage - Leistung: 3.6 kw - Durchmesser: 2 m - Höhe Flügel: 3 m - Gewicht: 250 kg - Anschluss: 230 VAC - Vmin: 2 m/s - Vopt: 12 m/s Seite 26

Die Geschichte zum Bau 04.07.2011 Baugesuch eingereicht; Begleitschreiben mit Hinweis auf das Forschungsprojekt VEiN; Begehung vor Ort mit Anstösser; 26.09.2011 Einsprachefrist 04.07.2011 Baugesuch 22.09.2011 Kollektive Einsprache Anwohner 10.02.2012 Einigungsverhandlung 17.05.2012 Baubewilligung erhalten 26.09.2012 Bewilligung ESTI Vorlage; (Pn > 3.0 kw Plangenehmigung ESTI) 28.09.2012 Baubeginn 29.11.2012 Inbetriebnahme Seite 27

Windanlagen in Planung Kleinst-Leichtwindanlagen - Leistung: 500 W - Durchmesser: 1.1 m - Gewicht: 30 kg - Anschluss: 230 VAC - Vmin: 2 m/s - Vopt: 14 m/s Seite 28

Windanlagen in Planung (Fotomontage Baugesuch) Seite 29

Brennstoffzellen (Mini-BHKW-Anlagen) - HT-Brennstoffzelle (Galileo) - intergierte Gas-Heizung - el. Leistung: 1.0 kw - th Leistung: 1.8 kw - el. Wirkungsgrad: 33% Seite 30

Realisierte Speicheranlagen 1 x 50 kw / 25 kwh MFH Zähringer mit PV-Anlage 31.5 kwp 2 x 9 kw / 10 kwh Alters und Pflegeheim mit PV-Anlage 32.8 kwp und BHKW 48 kwel Regelungsanforderungen - Peak-Shaving beim Anschlusspunkt - Peak-Shaving bei Netzpunkten - Spannungshaltung bei Netzpunkten - Energiekosten optimierter Betrieb Seite 31

Speicherfunktion Spannungsregelung Seite 32

Kosten der Speicheranlage 50 kw / 25 kwh - Material Wechselrichter / Batterieeinheit CHF 80 000 - Software + HW und Regelung CHF 10 000 - Transport CHF 2 500 - Installation Anschluss CHF 6 000 - Lüftungsgerät CHF 2 500 Total CHF 101 000 CHF 4 040/kWh Seite 33

Geprüfte Anlagenstandorte für Kleinwasserkraftwerke - max. Fallhöhe - Ø Wassermenge - el. Leistung - Investitionskosten - Jahresproduktion - Gestehungskosten - KEV-Vergütung 2.2 m 0.7 m 3 /s 11.0 kw 130 000 CHF 37 000 kwh 0.33 CHF/kWh 0.35 CHF/kWh Seite 34

Geprüfte Anlagenstandorte für Kleinwasserkraftwerke Hebevorrichtung Leistung HKT : Pel (bei V= 2 m/s) = 4 kw Pel/a = Pel x 6 600 h/a = 26 400 kwh/a Platzverhältnisse ausreichend Strömungsgeschwindigkeit ungewiss Fischdurchgängigkeit ist sichergestellt Seite 35 Pilotnetz VEiN Auswirkungen von dezentralen Einspeisungen auf das Niederspannungsverteilnetz Seite 35 (AEW N-SOR; Sing Mp)

«neue» Netzelemente: regulierbarer Transformator Seite 36

Leitsystem zur Steuerung der Anlagen Seite 37

Überwachung der Spannungsqualität Seite 38

Generelles Fazit - Platzierung der Anlagen ist schwierig - Wirtschaftlichkeit der dezentralen Einspeisungen ist derzeit nicht gegeben - Das Pilotnetz erlaubt die Bearbeitung der Themenbereiche «Smart Grid», «Energiespeicher», usw, - Nutzung des Pilotnetzes und der Messdaten für Simulationen und konkrete Anwendungen - Grosse Menge an Messdaten, die auszuwerten sind Seite 39

Fazit zu den «neuen» Elementen - Die Herausforderungen sind gross und komplex - Der Betrieb und die Bewirtschaftung der Speicher ist anspruchsvoll und vielschichtig - Neue Technologien deren Entwicklung noch am Anfang steht - Rahmenbedingungen fehlen (VNB, Gesetze und Vorschriften) Einbindung von Speicheranlagen im Pilotnetz VEiN / VSE Fachtagung Netztechnik / 26.09.2013 / N-SOR Seite 40 Seite 40

Thesen aufgrund des Ist-Zustandes Stromversorgung: Verteilte Einspeisungen in NS-Netze werden zunehmen Wärme/Kälteversorgung: Arealnetze mit verschiedenen Temperaturniveaus werden vermehrt eingesetzt Kommunikationsnetze: Netze mit hoher Datenrate erlauben die betriebliche Vernetzung der Anlagen Konsequenz: Die Vernetzung der Infrastrukturnetze wird sich erhöhen Seite 41

Weitere Informationen - www.vein-grid.ch Seite 42