Herausforderungen an das Netz bei fluktuierender Einspeisung · • Energie übertragen an Orte, wo sie gebraucht wird ⇒ Netz • Energie übertragen an Orte, wo sie gespeichert

Zürcher Fachhochschule, Prof. Dr. P. Korba, IEFE

Herausforderungen an das Netz bei fluktuierender Einspeisung

Prof. Dr. Petr Korba Dozent und Fachgruppenleiter

Elektrische Energiesysteme & Smart Grids

ebw / REE-LAB-Laborbesuch 28. Oktober 2015

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Agenda

Gruppe elektrische Energiesysteme und Smart Grids (Vorhandenes Know-How) Elektrische Energietechnik

(elektrische Maschinen und Netze) Mess- und Regelungstechnik Integration von erneuerbaren Energiequellen ins Netze

Kurzer Überblick über Projekte und Projektpartner

Regelung der Wirk- und Blindlastflüsse in Verteilnetzen Integration von Speichern ins Netz (CCEM, SCCER) Tools für Analysen von 400 V-Niederspannungsnetzten (EKZ) Spannungsregelung in Verteilnetzen (KTI)

Systemdynamik und Stabilität Intelligente Erregungssysteme für Synchrongeneratoren (ABB) WAMS – Wide-area Monitoring & Control Systeme (ABB, Swissgrid)

Labor:

Hardware Emulator eines elektrischen Energiesystems (skaliert 1:1000V) Ausbau mit Unterstützung von ABB Schweiz AG

(Forschung und Entwicklung, Test von neuen Komponenten) 2


Fachgruppe Elektrische Energiesysteme & Smart Grids

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Wissenschaftliche Assistenten Wissenschaftliche Mitarbeiter

Dr. V. Knazkins

Dr. R. F. Segundo

C. Park, MSc.

L. Baumgartner, MSc.

P. Lienert, BSc.

Prof. Dr. P. Korba

…seit Mitte 2012 an der ZHAW

B. Schlatter, BSc.


Patente und Veröffentlichungen seit 2012 «Dissemination of results Electric Power Systems & Smart Grids Group»

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Int. Konferenzen & Fachtagungen (14) Fachzeitschriften (2) Buchbeiträge (2) Patente (2)


Elektrisches Energiesystem

Capacity

Reliability

Efficiency

Sustainability

A. Kapazität

B. Verfügbarkeit

C. Effizienz

D. Zukunftsfähigkeit

1. Aufgaben der Stromversorgung: Kapazität - Verfügbarkeit - Effizienz - Nachhaltigkeit/Zukunftsfähigkeit

2. Aufgaben der Netzführung / -automatisierung:

Vorhersagen und Planung der Energieerzeugung (oder des Verbrauches) und -übertragung

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Quelle: ABB Ltd.


Umstieg auf Erneuerbare Energien «Steigende Wichtigkeit von Netzen und Speichern»

Typische Herausforderungen: 1. Primärenergiequellen nicht steuerbar ⇒ Sonne/Wind (nicht korreliert mit Verbrauch) 2. Saisonale Erzeugung ⇒ Sonne nur im Sommer (Winter?) 3. Kleiner Kapazitätsfaktor ⇒ Spitzen in der Erzeugung (Übertragung?) 4. Fluktuation der Erzeugung ⇒ Stabilität des Energiesystems Implikationen und mögliche Lösungen:

• Lokal speichern ⇒ Speicher (lang-zeit & kurz-zeit) • Energie übertragen an Orte, wo sie gebraucht wird ⇒ Netz • Energie übertragen an Orte, wo sie gespeichert wird ⇒ Netz + Speicher • Last anpassen ⇒ Last-Management System (Komfort?) • Einhaltung der Spannung

⇒ Spannungsregelung Problem beim Übertragen:

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Reserve

Infrastruktur (Transformatoren und Leitungen) historisch bedingt dimensioniert für unidirektionale Lastflüsse mit bekannten Tagesprofilen

Überlastung


Projekte und Zusammenarbeit Akademische, industriele und öffentliche Partner

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Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität swisselectric

research


Beispiel 1: Active power flow control» Optimale Speicher Integration (Regelungsalgorithmen, Sizing & Siting, cost-benefit analysis)

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Power Load Profile

1


Beispiel 2: Power2Gas-Konzept als Langzeitspeicher (CCEM Projekt «RENERG2»)

Solar / Wind

Elektrolyse

Stromnetz

Gasnetz CH4

H2

HCNG

CO2 (aus

Biogas, Abgas

Vergasung)

Gas Speicher

H2- Mobilität

H2(O2)

Methanisierung H-CNG Mobilität

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Beispiel 3: Spannungsregelung in Verteilnetzen (KTI) «Economic Voltage Control in distribution grids» (EKS, ABB)

10

Quelle: www.ront.info


Beispiel 4: Fluktuation der erneuerbaren Erzeugung

Source: Energinet.dk

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Schnelle Änderungen der erneuerbaren Energieerzeugung

Erfahrung Dänemark: … Gradienten bis zu 10% der installierten Kapazität pro Minute


Beispiel 4: Netzpendelungen detektiert in der CH

Dynamik des Europäischen Energienetzes

Freq. Mettlen, CH

Freq. Brindisi, I

Source: Swissgrid

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Beispiel 4: Netzstabilität («Power System Oscillations») Hochspannungsnetz (ABB, Swissgrid)

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Beispiel 4: Netzstabilität («Power System Oscillations») Hochspannungsnetz (WAMS)

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Ceuta

BassecourtMettlenLavorgoSoazzaRobbia 1+2

Wien S.O.TernitzDivacaZerjavinecTumbriThessalonikiAg. Stefanos

Installierte PMU’sGeplanten PMU’s

920

930

940

950

960

970

980

990

1000

08:14:00 08:14:30 08:15:00 08:15:30 08:16:00 08:16:30 08:17:00 08:17:30 08:18:00

P [

MW

]

3 Minuten

4 Sekunden

25 MW

Source: W. Sattinger, P. Korba, M. Zima, M. Larsson, Online-Überwachung der Europäischen Netzpendelverhalten, Electroswiss Bulletin SEV, no. 9, pp. 15-19, 2007.


Beispiel eines aktuellen Projektes mit ABB ZHAW, IEFE, Elektrische Energietechnik und Smart Grids

REE-Lab = «Renewable Electric Energy Lab» der ZHAW (TB149) • Emulation eines el. Energiesystems (hardware-technisch für F&E und Unterrichtszwecke) • 1:1000 spannungsmässig • Entwicklung eines neuen Regelungssystems (Kooperation mit ABB Schweiz AG)

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Zusammenfassung und Ausblick

• Unser zukünftiges Energiesystem wird stärker automatisiert und in diesem Sinne intelligenter, d.h. für das Fachgebiet der Energietechnik:

– Nicht nur „dicke Kabel“ und grosse „Leistungsflüsse“ – Um erneuerbare Energiequellen zu integrieren,

braucht es immer mehr ICT, Automatisierungs- und Regelungstechnik, Signalverarbeitung usw. …

• Interdisziplinarität aus unseren F&E-Projekten fliesst direkt auch in den Unterricht ein (6 entsprechende Module im neuen Studiengang Energie- und Umwelttechnik)

• Fachgruppe ist aktives Mitglied in 2 Workpackages SCCER#2 Grids & Components (Leiter «WP Transmission System Upgrade») 16

ebw / REE-LAB-Laborbesuch��28. Oktober 2015AgendaFachgruppe �Elektrische Energiesysteme & Smart GridsPatente und Veröffentlichungen seit 2012�«Dissemination of results Electric Power Systems & Smart Grids Group»Elektrisches EnergiesystemUmstieg auf Erneuerbare Energien�«Steigende Wichtigkeit von Netzen und Speichern» Projekte und Zusammenarbeit�Akademische, industriele und öffentliche PartnerBeispiel 1: Active power flow control»�Optimale Speicher Integration�(Regelungsalgorithmen, Sizing & Siting, cost-benefit analysis)Beispiel 2: �Power2Gas-Konzept als �Langzeitspeicher (CCEM Projekt «RENERG2»)Beispiel 3: �Spannungsregelung in Verteilnetzen (KTI)�«Economic Voltage Control in distribution grids» (EKS, ABB)Beispiel 4: �Fluktuation der erneuerbaren ErzeugungBeispiel 4:�Netzpendelungen detektiert in der CH Beispiel 4: �Netzstabilität («Power System Oscillations»)�Hochspannungsnetz (ABB, Swissgrid)Beispiel 4:�Netzstabilität («Power System Oscillations»)�Hochspannungsnetz (WAMS)Beispiel eines aktuellen Projektes mit ABB�ZHAW, IEFE, Elektrische Energietechnik und Smart GridsZusammenfassung und Ausblick

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