Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen Zur Vermeidung von Netzausbaumaßnahmen im Niederspannungsnetz Björn Armbrecht und Tobias Schütte, Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme 05.05.2015 Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 1 Agenda § Motivation und Projektrahmen § Beschreibung der berücksichtigten Komponenten § Szenarien und Diskussion der Ergebnisse § Zusammenfassung Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Quelle: L.Bechhauf, panoramio.com Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 2 Motivation und Projektrahmen Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 3 Motivation § Meist starre Kopplung durch MS-Trafo § Spannungsniveau direkt von Leistungsgleichgewicht abhängig Maximal +3% nach VDE-AR-N-4105 0,95 bis 1,07 p.u. Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an M. Siller, IBC Solar Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 4 Fechheim als Projektrahmen § Bereits heute hohe PV-Durchdringung NS-Strang PV-Anlagen Trafostation Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Quelle: Google Maps Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 5 Beschreibung der berücksichtigten Komponenten, Simulation Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 6 Konzeptionierung der Simulation(en) § Gebäude als eigenes Energiesystem àVerrechnung in Matlab § Elektrische Last § Thermische Last § Photovoltaikanlage(n) (PV) § Verbindungselement Niederspannungsnetzstrang àRMS-Simulation mit PowerFactory § Gebäude als allgemeine Lasten § Niederspannungskabel § Transformator zwischen Nieder- und Mittelspannung § Wechselspannungsquelle auf der Mittelspannungsebene Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 7 Energiesystem eines Gebäudes 1. Residuallast aus el. Last und PV-Einspeisung 2. Vergleich der Residuallast mit dem thermischen Bedarf .. el. Leistung und Wärmebedarf in kW àBestimmung des P2H-Anteils 3. Neue Residuallast ist Eingangsgröße für die Netzsimulation Residuallast .. Wärmebedarf PtH Anteil 7,5 5,0 2,5 0 2,5 5,0 7,5 Di, 18. Juni 13 Do, 20. Juni 13 Sa, 22. Juni 13 Mo, 17. Juni 13 Mi, 19. Juni 13 Fr, 21. Juni 13 So, 23. Juni 13 Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Quellen: Eigene Darstellungen Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 8 Netzsimulation § 18 Last- bzw. Residuallastverläufe für das Referenzjahr 2013 § Verwendung der realen Kabel- und Trafoparameter àSpannungen im Netzstrang als Simulationsergebnis Wechselspannungsquelle MV-Trafo Dyn 5 - 21/.42kV NS-Leitung(en) ... ... Residuallastverlauf (Haus) Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Quelle: Eigene Darstellung Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 9 Szenarien und Diskussion der Ergebnisse Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 10 2013 11 12 Szenarien 15 4 14 8 0 5 13 10 14 7 6 11 12 9 13 10 2013 2020 15 2020 9 8 7 6 4 0 5 § Vier PV-Ausbaustufen § Ausbaufaktoren nach Netzentwicklungsplan 2013 17 16 16 0 3 18 17 2 (NEP2013) 2013 2030 11 13 10 14 15 17 0 3 2030 100% 7 4 0 5 16 2020 100% 9 8 6 18 2 1 1 12 0 3 18 2 1 Wohnhaus 2030 Sonstiges Gebäude Straße NS-Leitung 100% Trafostation Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme PV-Bestand PV-Zubau Wohnhaus Sonstiges Gebäude Straße NS-Leitung Trafostation PV-Bestand PV-Zubau Quelle: Eigene Darstellung Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 11 Busbarspannung in p.u. 1 2 1,11 3 1,10 1,09 1,08 Auswertung der Simulationsergebnisse 1,07 10 h 1,5 h 8h § Übertragung der Ergebnisse vom zeitlichen Verlauf in 24:00 12:00 24:00 12:00 24:00 Uhrzeit 1 2 1,11 2 Anzahl der Ereignisse Anzahl Spannung p.u. Busbarspannungin in p.u. ein dreidimensionales Histogramm 3 1,10 1,09 1,08 1,07 10 h 8h 2 3 1 1 1,5 h 0 1,08 24:00 12:00 24:00 12:00 24:00 Uhrzeit Uhrzeit ignisse 2 Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik 2 und Energiesysteme 3 Max .Spa 2,5 1,09 5,0 1,10 nnun 7,5 1,11 g in 1,12 10 p.u. Quelle: Eigene Darstellung Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 12 Simulationsergebnisse (1/3) § Referenzjahr 2013 § Vergleich: Basis- und P2H-Szenario Anzahl Anzahl § Deutliche Reduktion der Ereignisse in Anzahl (-65,8%) und Dauer (-28,9%) durch die P2H-Anwendung SSppan annnuung ngin p.u. Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Span nung in p. u. Quelle: Eigene Darstellung Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 13 Simulationsergebnisse (2/3) § Vollständiger Ausbau des PV-Potentials § Vergleich: Basis- und P2H-Szenario Anzahl Anzahl § Erhebliche Anzahl an Spannungsbandverletzungen § Deutliche Reduktion der Ereignisse in Anzahl (-44,39%), Überspannung (-83%) und Dauer (-15,53%) durch P2H SSppan annnuung ngin p.u. Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Span nung in p. u. Quelle: Eigene Darstellung Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 14 Simulationsergebnisse (3/3) § Spannungsverlauf entlang des Netzstrangs § Vollständiger Ausbau des PV-Potentials § Jeweils am 17. Juni 12:00 Uhr 18, PtH P2H2013 BasisSze.100% P2H100% 1,10 Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme BB18 17 BB BB09 BB07 BB05 BB03 BB01 8. Juni xx Sa, 22. Juni 1,00 Do, 20. Juni xx 1,00xx xx Di, 18. Juni xx Juni xx Do, 20. Juni Sa, 22. Juni xx Juni xx Mi, 19. Fr, 21. So, 23. Juni xx Sa, 22. Juni xx Mo, 17.Juni Junixx xxSa, 22. Juni Mi, Fr, 21. Juni xx So, 23. Juni xx xxDo, 20. Juni So, xx 23. xx 19. Juni xx i xx Fr, 21. Juni xx So, 23. Juni xx 15 1,05 BB Spannung in p.u. Spannung in p.u. 1,05 BasisSze. BB 2013 1,15 1,15 1,10 BB18, ref. BB13 18, ref. BB18, PtH 11 B18, PtH BB BB18, PtH BB BB18, ref. Quelle: Eigene Darstellung Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 15 Zusammenfassung Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 16 Zusammenfassung § PV-Ausbaupotential ist sehr groß § Wärmebedarf ist auch im Sommer ausreichend § P2H-Nutzung verspricht ein erhebliches Spannungsbegrenzungspotential in NS-Netzsträngen à Alternative zu konventionellen NetzausbaumaßAnnahmen Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Björn Armbrecht und Tobias Schütte Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme Anwendung von P2H zur Begrenzung der Einspeisung aus Photovoltaikanlagen 18
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