Zrcher 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 berblick ber Projekte und Projektpartner

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

Systemdynamik und Stabilitt Intelligente Erregungssysteme fr Synchrongeneratoren (ABB) WAMS Wide-area Monitoring & Control Systeme (ABB, Swissgrid)

Labor:

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

(Forschung und Entwicklung, Test von neuen Komponenten) 2

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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.

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Patente und Verffentlichungen seit 2012 Dissemination of results Electric Power Systems & Smart Grids Group

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

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Elektrisches Energiesystem

Capacity

Reliability

Efficiency

Sustainability

A. Kapazitt

B. Verfgbarkeit

C. Effizienz

D. Zukunftsfhigkeit

1. Aufgaben der Stromversorgung: Kapazitt - Verfgbarkeit - Effizienz - Nachhaltigkeit/Zukunftsfhigkeit

2. Aufgaben der Netzfhrung / -automatisierung:

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

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Quelle: ABB Ltd.

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Umstieg auf Erneuerbare Energien Steigende Wichtigkeit von Netzen und Speichern

Typische Herausforderungen: 1. Primrenergiequellen nicht steuerbar Sonne/Wind (nicht korreliert mit Verbrauch) 2. Saisonale Erzeugung Sonne nur im Sommer (Winter?) 3. Kleiner Kapazittsfaktor Spitzen in der Erzeugung (bertragung?) 4. Fluktuation der Erzeugung Stabilitt des Energiesystems Implikationen und mgliche Lsungen:

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

Spannungsregelung Problem beim bertragen:

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Reserve

Infrastruktur (Transformatoren und Leitungen) historisch bedingt dimensioniert fr unidirektionale Lastflsse mit bekannten Tagesprofilen

berlastung

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Projekte und Zusammenarbeit Akademische, industriele und ffentliche Partner

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Kompetenzzentrum fr Energie und Mobilitt swisselectric

research

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

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Power Load Profile

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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- Mobilitt

H2(O2)

Methanisierung H-CNG Mobilitt

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

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Quelle: www.ront.info

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Beispiel 4: Fluktuation der erneuerbaren Erzeugung

Source: Energinet.dk

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Schnelle nderungen der erneuerbaren Energieerzeugung

Erfahrung Dnemark: Gradienten bis zu 10% der installierten Kapazitt pro Minute

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Beispiel 4: Netzpendelungen detektiert in der CH

Dynamik des Europischen Energienetzes

Freq. Mettlen, CH

Freq. Brindisi, I

Source: Swissgrid

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Beispiel 4: Netzstabilitt (Power System Oscillations) Hochspannungsnetz (ABB, Swissgrid)

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Beispiel 4: Netzstabilitt (Power System Oscillations) Hochspannungsnetz (WAMS)

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Ceuta

BassecourtMettlenLavorgoSoazzaRobbia 1+2

Wien S.O.TernitzDivacaZerjavinecTumbriThessalonikiAg. Stefanos

Installierte PMUsGeplanten PMUs

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-berwachung der Europischen Netzpendelverhalten, Electroswiss Bulletin SEV, no. 9, pp. 15-19, 2007.

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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 fr F&E und Unterrichtszwecke) 1:1000 spannungsmssig Entwicklung eines neuen Regelungssystems (Kooperation mit ABB Schweiz AG)

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Zusammenfassung und Ausblick

Unser zuknftiges Energiesystem wird strker automatisiert und in diesem Sinne intelligenter, d.h. fr das Fachgebiet der Energietechnik:

Nicht nur dicke Kabel und grosse Leistungsflsse Um erneuerbare Energiequellen zu integrieren,

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

Interdisziplinaritt 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-Laborbesuch28. Oktober 2015AgendaFachgruppe Elektrische Energiesysteme & Smart GridsPatente und Verffentlichungen seit 2012Dissemination of results Electric Power Systems & Smart Grids GroupElektrisches EnergiesystemUmstieg auf Erneuerbare EnergienSteigende Wichtigkeit von Netzen und Speichern Projekte und ZusammenarbeitAkademische, industriele und ffentliche PartnerBeispiel 1: Active power flow controlOptimale 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: Netzstabilitt (Power System Oscillations)Hochspannungsnetz (ABB, Swissgrid)Beispiel 4:Netzstabilitt (Power System Oscillations)Hochspannungsnetz (WAMS)Beispiel eines aktuellen Projektes mit ABBZHAW, IEFE, Elektrische Energietechnik und Smart GridsZusammenfassung und Ausblick