pv-wind-diesel hybridsystemen - tu-dresden.de · (diesel-off-mode) • Änderung in der...
TRANSCRIPT
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
Wie kann man nachhaltige Energien in die entlegensten Winkel der Welt bringen?
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 2
Cobija, Bolivien, 2015
…mit intelligente Systemtechnik → Verlässliche
Rückfallverhalten
→ Einsatz von Energiespeicher
→ Intelligente Leistungsmanagement
→ Schnelle, redundante Kommunikation
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 3
Warum Hybridsysteme?
Diesel Gensets erzeugen die notwendige Energie in vielen netzfernen Gebieten. Bei $1/l für etwa 0,28$/kWh
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 4
Warum Hybridsysteme?
Diesel Gensets erzeugen die notwendige Energie in vielen netzfernen Gebieten. Bei $1/l für etwa 0,28$/kWh
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 5
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.
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 6
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.
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 7
Warum Hybridsysteme?
Für mehr PV benötigt man Energiespeicher. Dies Verdoppelt zwar die PV-Kosten aber auch die Einspeisung. Entstehungskosten auf 0,255 $/kWh reduziert.
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 8
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%
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 9
Multi-domain Regelung
Ud, Uq
Id, Iq
MPP Tracker
Grid stability
Pmax, Qsetp
Asset protection
Pmax, Qsetp
Pmax, Qsetp
Pres
–
Fuel savings
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 10
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 11
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 12
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 13
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 14
Ein Tag…
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0:00
2:00
4:00
6:00
8:00
10:0
0
12:0
0
14:0
0
16:0
0
18:0
0
20:0
0
22:0
0
0:00
Pow
er [k
W]
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 15
Energiespeicher im Einsatz
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
13:5
5
13:5
6
13:5
8
13:5
9
14:0
0
14:0
2
14:0
3
14:0
5
14:0
6
14:0
8
14:0
9
Pow
er [k
W]
Time
Battery
Generator
PV
Load
Gen nominal power
940 kW/min
5016 kW/min
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 16
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 17
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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 18
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.
© 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
PV-Diesel-Wind Hybridsystemen - Prof. A. Notholt - Herbsworkshop Energiespeichersysteme TU Dresden - 15.11.2016 20