Titel: Netzstabilisierung im Niederspannungsnetz am Beispiel eines Ortsspeichers Autor: Marco Siller Bad Staffelstein, 24.10.2012 MIT STARKEN IDEEN DIE WELT VERÄNDERN
Anfangsbetrachtung DENA II Studie zum Netzausbau Konzentration auf Übertragungsnetze Ausbau von über 4.000 km geplant zeitlicher Rahmen sehr kritisch Beitrag der Erneuerbaren Energien zur Systemsicherheit wurde betrachtet Ansatz ausschließlich auf zentraler Energieproduktion (Desertec, Off-Shore) Gefährdung des Zubaus von Photovoltaik, die Niederspannungsnetze weitgehend nicht betrachtet wurden. Quelle: Agricola, Integration Erneuerbarer Energie, April 2010 Mittweida 2012 2
Anfangsbetrachtung Anschlussebene der Photovoltaik 80% Niederspannungsebene 20% Mittelspannungsebene Schlussfolgerung: Um den Zubau der PV nicht zu begrenzen, muss das Niederspannungsnetz ausgebaut werden. Quelle: EEG-Anlagenstammdaten (1997-2008) und Bundesnetzagentur (2009-2010) Mittweida 2012 3
Anfangsbetrachtung Ausbauszenario für Erneuerbare Energien Anteil PV langfristig 20-30% Erreichen der CO 2 bei geringerem Ausbau der EE zeitlich kritisch Lösung muss zeitlich schnell umsetzbar sein, um den Ausbau der unterschiedlichen EE zu schaffen. Quelle: Prof. Quaschning, Stromversorgung der Zukunft, Juli 2011 Mittweida 2012 4
Netzkapazität Abschätzen der Netzkapazität Mittweida 2012 5
Untersuchung Netzstruktur im NS Netz Netztypen im Niederspannungsnetz Strahlennetz in Dörfern im ländlichen Bereich Quelle: Scheffler; Bestimmung der maximal zulässigen Netzanschlussleistung Photovoltaischer Energiewandlungsanlagen in Wohnsiedlungsgebieten, 2002 Mittweida 2012 6
Untersuchung Netzstruktur im NS Netz Netztypen im Niederspannungsnetz Maschennetz im Vorstadtbereich Quelle: Scheffler; Bestimmung der maximal zulässigen Netzanschlussleistung Photovoltaischer Energiewandlungsanlagen in Wohnsiedlungsgebieten, 2002 Mittweida 2012 7
Untersuchung Netzstruktur im NS Netz Auswirkungen des Zubaus von Photovoltaik im NS Netz ohne Photovoltaik Spannungsabfall über die Stranglänge mit Photovoltaik Lastumkehr und somit Spannungserhöhung am Strangende. Quelle: Witzmann, Clusterforum: Netzeinbindung Photovoltaik, März 2010 Mittweida 2012 8
Untersuchung Netzstruktur im NS Netz Ergebnis: Kritische Netzstrukturen für PV Zubau sind Vorstadtnetze (Einfamilien-, Doppel-, Reihenhäuser) Dorfnetze (Einfamilienhäuser, wenige Bauernhöfe) Landnetze (Bauernhöfe, wenige Einfamilienhäuser). Lösungsansatz: Entnahme von Wirkleistung führt zur Spannungsreduzierung im Ortsnetz Wirtschaftliche Speicherkapazität möglich, da eine Spannungsreduzierung bei vollem Speicher auch mit Blindleistung gesteuert werden kann. Mittweida 2012 9
Projekt Ortsnetzspeicher zur Netzstabilisierung Beteiligte: SWN Stadtwerke Neustadt GmbH und IBC SOLAR AG Standort: Fechheim Zeitplan / Meilensteine: Projektstart März 2010 Ende der Vorbereitungsphase Dezember 2010 Messsystem platziert seit Mai 2011 Aufbau Speicher Juli 2012 Inbetriebnahme September 2012 Übergabe Oktober 2012 Mittweida 2012 10
Netzplan Standort Fechheim Mittweida 2012 11
Wochenergebnisse Standort Fechheim Energieverlauf Trafo im Ortsnetz 30000 245 20000 10000 240 Leistung Wac 0-10000 -20000-30000 235 230 Spannung Vac -40000 225-50000 -60000 Zeit 13. Jun. 14. Jun. 15. Jun. 16. Jun. 17. Jun. 18. Jun. 19. Jun. Zeit 220 Leistung Trafo Verteiler U1 Verteiler U2 Verteiler U3 Mittweida 2012 12
Tagesergebnis Standort Fechheim Energieverlauf Trafo im Ortsnetz 30000 245 20000 10000 240 Leistung Wac 0-10000 -20000 235 230 Spannung Vac -30000 225-40000 -50000 Zeit 2:04 5:24 8:44 12:04 15:24 18:44 22:04 Zeit 220 Leistung Trafo Verteiler U1 Verteiler U2 Verteiler U3 Mittweida 2012 13
Haushaltsspeicher vs. Ortsnetzsspeicher Vermeidung von Strombezug als Investitionsmotiv des Eigentümers Ziel: wirtschaftliche Lösung zur Vermeidung von Strombezug NS Netzbetreiber ist verantwortlich für Netzausbau / Stabilisierung Ziel: wirtschaftliche Gesamtlösung zur Netzstabilisierung mit Zusatznutzen 3-phasige Blindleistungskompensation Leistungsreserven zur Begrenzung des Strombezugs Schnelle Reaktionsmöglichkeit. Bild: Last- und Erzeugungskurve eines Haushalts Mittweida 2012 14
Messergebnis im Juni 2011 vor Einbau des Speichers (Tagesdarstellung) Energieverlauf Trafo im Ortsnetz 30000 245 20000 10000 9 Stunden 240 Leistung Wac 0-10000 -20000 235 230 Spannung Vac -30000 225-40000 -50000 Zeit 2:04 5:24 8:44 12:04 15:24 18:44 22:04 220 Zeit Leistung Trafo Verteiler U1 Verteiler U2 Verteiler U3 Mittweida 2012 15
Dimensionierungsbasis Speicherkapazität Kapazität des Speichers entspricht 46% der erzeugten Tagesenergie 8:00 17:00 Mittweida 2012 16
Ergebnisse der Messung (Juni 2011) Max. Spannung am Strangende: Max. Rückspeiseleistung am Trafo: Max. rückgespeiste Energie: 250 V 51,9 kw 296 kwh Dimensionierung: 296 kwh Tagesenergie x 46% = 136 kwh nutzbare Speicherkapazität 51,9 kw Spitzenleistung x 60% = 30 kw gewählte Nennkapazität: Nennleistung WR: 240 kwh (120 kwh nutzbar) 45 kw (systemtechnisch bedingt) Zusätzliche Bereitstellung von Blindleistung bei geladenem Speicher Mittweida 2012 17
Erste Ergebnisse Netzstruktur Test Netz Mittweida 2012 18
Spannungsreduzierung durch Laden der Batterien Mittweida 2012 19
Ergebnisse Testbetrieb Mittweida 2012 20
Nächste Schritte: Erfassung und Auswertung der Daten Abstimmung der Regelung hinsichtlich: Regelgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Netzqualität Spannungsbänder bezüglich Lademanagement Lebensdauer Batterie wirtschaftliches Optimum ermitteln Optimierung Gesamtsystem: Bauform / Aufbau Speichertechnologie Skalierbarkeit Darstellen der gesamtwirtschaftlichen Vorteile gegenüber klassischem Netzausbau Mittweida 2012 21
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! IBC SOLAR AG Am Hochgericht 10 D-96231 Bad Staffelstein www.ibc-solar.com Marco Siller Leiter Produktmanagement / Produktentwicklung Marco.Siller@ibc-solar.de Telefon +49 9573-9224-850 Telefax +49 9573-9224-809 Mittweida 2012 22