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PV-Wind-Diesel Hybridsystemen Regelung und Betriebsführung mit leistungsoptimierten Energiespeichern Herbstworkshop Prof. Energiespeichersysteme. TU Dresden, 15.11.2016 Prof. Dr.-Ing. Antonio Notholt – Fakultät Technik

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PV-Wind-Diesel Hybridsystemen Regelung und Betriebsführung mit leistungsoptimierten Energiespeichern

Herbstworkshop Prof. Energiespeichersysteme. TU Dresden, 15.11.2016

Prof. Dr.-Ing. Antonio Notholt – Fakultät Technik

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Wie kann man nachhaltige Energien in die entlegensten Winkel der Welt bringen?

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Cobija, Bolivien, 2015

…mit intelligente Systemtechnik → Verlässliche

Rückfallverhalten

→ Einsatz von Energiespeicher

→ Intelligente Leistungsmanagement

→ Schnelle, redundante Kommunikation

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Warum Hybridsysteme?

Diesel Gensets erzeugen die notwendige Energie in vielen netzfernen Gebieten. Bei $1/l für etwa 0,28$/kWh

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Warum Hybridsysteme?

Diesel Gensets erzeugen die notwendige Energie in vielen netzfernen Gebieten. Bei $1/l für etwa 0,28$/kWh

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Warum Hybridsysteme?

Kleinere PV-Erzeugung (<20%) geht sehr einfach. Mit guten Einstrahlung erzeugt PV zum etwa 0,11 $/kWh. Das Hebel ist aber klein, gerade wird zum 0,267 $/kWh erzeugt.

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Warum Hybridsysteme?

Um den Entstehungskosten weiter zu reduzieren kann man mehr PV einbringen. Ab hier braucht man ein Systemcontroller. Das hilft um die Kosten auf 0,256 $/kWh zu senken.

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Warum Hybridsysteme?

Für mehr PV benötigt man Energiespeicher. Dies Verdoppelt zwar die PV-Kosten aber auch die Einspeisung. Entstehungskosten auf 0,255 $/kWh reduziert.

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Warum Hybridsysteme?

Energiespeicher kann auch von WKA genutzt werden, die noch kleinere Energiekosten erzielen. So ist bei eine WKA $0,12/kWh möglich. Kombiniert: 0,21$/kWh

Referenzfall:

0,28 $/kWh Full Hybrid:

0,21 $/kWh

-24%

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Multi-domain Regelung

Ud, Uq

Id, Iq

MPP Tracker

Grid stability

Pmax, Qsetp

Asset protection

Pmax, Qsetp

Pmax, Qsetp

Pres

Fuel savings

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Ziele der Regelung

Syst

emst

abili

tät

• Optimierte Teilnahme von PV, Wind und Batterie an den Blindleistungsbedarf

• Deckung der Leistungsgradienten aus PV und Wind

• Überwachung und Steuerung der Reserveleistung

Grid stability

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Ziele der Regelung

Bet

rieb

smitt

elsc

hutz

• Gewährung der Mindestbelastung von Generatoren

• Schutz vor übermäßige Zyklisierung der Batterie

• Schutz vor hohe Temperaturzyklisierung der Generatoren

Asset protection

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Ziele der Regelung

Kra

ftst

offe

insp

arun

g • Einsatz von Erzeuger nach dem Prinzip der günstigerer Entstehungskosten

• Ganz ausschalten von Diesel-Generatoren (Diesel-Off-Mode)

• Änderung in der Einsatzpriorität der Generatoren um Laufzeiten zu optimieren

Fuel savings

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In die Praxis getestet

Cobija, BO

Größte PV-Diesel-System in Lateinamerika (2015) 14 MW Diesel-Erzeugung in 10 Einheiten

2,5 MWp Li-Ion Batterie (1 MWh) 5 MWp PV mit 6 SMA SC-CP 800

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Ein Tag…

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Pow

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Time

Battery

Generator

PV

Load

Gen nominal powerBei Tagesanfang wird die gesamte PV eingespeist

Durch die Bereitschaft der ESS, wird keine weitere Genset benötigt

PV wird nur ganz leicht abgeregelt

6 Std. verlässt das System auf dem Einsatz der ESS

Die ESS glättet die Erzeugungsschwankungen der PV. Gensets merken nur wenig

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Energiespeicher im Einsatz

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Generator

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Gen nominal power

940 kW/min

5016 kW/min

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Zahlen

Auswertung Daten von Juni 2015 bis Juni 2016

© Paul Stankat, SMA

KPI (Leistungsindikator) Wert Rahmenbedingungen

PV System Yield (Performance Ratio) 1 131 kWh/kWp (66,5%) Typ. 60% - 70%, Einstrahlung: 1 701 kWh/kWp

Production Factor (nicht begrenzten Zustand) 80,28% 88% der Zeit

Solar Fraction (Tagsüber) 12.40% (25.6%) % der Energie

Energiedurchsatz Batterie 190,6 MWh (0,53 C/day) < 1 C/day

Kraftstoffeinsparungen 1 516 000 l (@0,268l/kWh)

Mittlere Genset-Auslastung Tagsüber (Nacht) 59,8% (63,3%) > 50% typ. gefordert

Mittlere Online-Generatorleistung (Tagsüber) 118% PLast

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Zusammenfassung und Ausblick

Erneuerbare Energien sind heute schon Wettbewerbsfähig gegenüber herkömmliche Erzeugung Leistungsspeicher ermöglichen

EE-Anteile zu erhöhen und bieten gute Kosten-Leistungsverhältnise

Glaubwürdigkeit der Energiespeicher bei Investoren muss erhöht werden

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Prof. Dr.-Ing. Antonio Notholt – Fakultät Technik Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 Reutlingen www.reutlingen-university.de T. +49 (0)7121 271-7031, F. +49 (0)7121 271-907031 [email protected]

Der Autor bedankt sich herzlich für die freundliche Unterstützung des

Geschäftsbereichs „Off-Grid & Storage“ der SMA Solar

Technology AG.

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© Paul Stankat, SMA

Ressource Analysis Dataset 2015-06-10 2016-06-09 Dataset coverage 8 601 h 98.2% Dataset sampling 5 s 6 185 412 points Solar ressource 1 700 kWh/kWp 4.65 kWh/m²·d Measured load 45 587 MWh

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