PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze - Denis Mende
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Denis Mende — PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die weltweit
führende Organisation für angewandte Forschung. 75 2,8 Mrd. €
Institute und Finanzvolumen
Mit ihrer Ausrichtung auf die Entwicklung
Forschungs-
zukunftsweisender Schlüsseltechnologien und einrichtungen 29 000 70 % 30 %
deren wirtschaftliche Verwertung durch die
Wirtschaft spielt Fraunhofer eine zentrale Rolle im Mitarbeiter Industrieaufträge und Grundfinanzierung
Innovationsprozess. Forschungsprojekte durch Bund und Länder
Das Fraunhofer IEE in Kassel forscht auf den
Gebieten der Energiewirtschaft und der
Energiesystemtechnik.
Wir erforschen und entwickeln Lösungen für eine
nachhaltige Transformation der Energiesysteme
auf Basis erneuerbarer Energien.
Unser Leistungsportfolio befasst sich mit aktuellen
und zukünftigen Herausforderungen der Energie-
wirtschaft und Fragen der Energiesystemtechnik.
2 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. Mende
Inhalt / Übersicht Systemdienstleistungen durch PV und Batteriesysteme (PV as ancillary service provider - Input IEA PVPS Task 14) Wo stehen wir (in Deutschland)? Systemdienstleistungen und Stabilitätsanforderungen Aktuelle Herausforderungen mit intelligenten Lösungen meistern 3 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. Mende
Inhalt / Übersicht Systemdienstleistungen durch PV und Batteriesysteme (PV as ancillary service provider - Input IEA PVPS Task 14) Wo stehen wir (in Deutschland)? Systemdienstleistungen und Stabilitätsanforderungen Aktuelle Herausforderungen mit intelligenten Lösungen meistern 4 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. Mende
PV as an ancillary service provider Laboratory and field experiences from different IEA PVPS countries Kurzeinführung und Ergebnisübersicht
IEA PVPS Task 14
• Das Photovoltaic Power Systems Programme (PVPS,
https://iea-pvps.org/) ist eines der Technologie-
experiences from IEA PVPS countries‘, 11. Solar & Storage Integration Workshop, Berlin, 2021
Kooperationsprogramme, die 1993 innerhalb der
In Anlehnung an: Kraiczy et al.: PV as an ancillary service provider – Laboratory and field
Internationalen Energieagentur (IEA) eingerichtet wurden
• Task 14: Solar PV in the 100% RES Power System
• Förderung des Einsatzes von netzgekoppelten PV-Anlagen als wichtige
Energiequelle in Stromversorgungssystemen
• Identifizierung und Abbau technischer Hindernisse für die Erreichung
einer hohen PV/EE-Durchdringung
• Fokus im Folgenden: Report
• PV as an ancillary service provider –
Laboratory and field experiences from
different IEA PVPS countries
Struktur des IEA PVPS Task 14
PVPS
6
PV Wechselrichter-Funktionalitäten
• Schnelle Frequenzantworten (z. B. künstl. Trägheit)
• Systemdienstleistungen Aktive Netz-• Schwarzstartfähigkeit
bringen auf verschie- regelung • Netzbildende Regelung
experiences from IEA PVPS countries‘, 11. Solar & Storage Integration Workshop, Berlin, 2021
denen Ebenen hohe
In Anlehnung an: Kraiczy et al.: PV as an ancillary service provider – Laboratory and field
• (Fern-)Steuerbarkeit: z. B. Zu-/Abschalten, Anpassung
technische Anforderun- Kommunikation der Wirk-/BlindleistungsaArbeitspunktes
gen mit sich • Parameteranpassung
• Spannungsregelung: z. B. Q(U)-Regelung
• Die Komplexität der Autonome Netz-
• Frequenzregelung: P(f)
Wechselrichterfunktionen unterstützung • Schnelle Blindstrombereitstellung im Fehlerfall
nimmt weiter zu
• Beispielhafte Darstellung • Kompatibel mit ride-throughs (H-/L-VRT)
der Ebenen und Zusam- Schnittstellenschutz • Vermeidung ungewollten Abschaltens
menhänge zwischen • Keine Beeinträchtigung der Netzqualität
Wechselrichter- (High/Low) Voltage ride-through
Funktionalitäten (Fehler) Durchfahren und •
• Frequency ride-through
verbunden bleiben • Störfestigkeit ggü. Frequenzänd.
• Wirkleistungs- & Frequenzber.
Betriebsbereiche • Spannungsbereich
PVPS
• Blindleistungsbereich
7
Herausforderungen der PV Netzintegration (Auswahl)
Stufe 1: Niedrige PV/EE Stufe 2: Regionale Stufe 3: PV/EE mit wesentl. Stufe 4: PV/EE- (Umrichter-)
Durchdringung PV/ERE Hotspots Einfluss auf Systembetrieb dominiertes Energiesystem
Umrichterfunktionalität Herausforderungen
• Netzvorbereitung und • Erhöhung der regionalen • siehe Stufe 2 • siehe Stufe 2 & 3
experiences from IEA PVPS countries‘, 11. Solar & Storage Integration Workshop, Berlin, 2021
der rechtliche Rahmen- Netzaufnahmekapazität • Hohe Variabilität im system- • Sicherstellung der system-
In Anlehnung an: Kraiczy et al.: PV as an ancillary service provider – Laboratory and field
bedingungen für PV/EE • Relevanz von PV/EE für weiten Netzbetrieb weiten Stabilität in einem
die systemweite Stabilität • Erhöhung & Koordinierung von Wechselrichtern
in der Regel erreicht der Flexibilität im Betrieb dominierten Stromnetz
Operational range Operational range Operational range Operational range
im Fokus / relevant
Fault-ride through Fault-ride through Fault-ride through Fault-ride through
Regulatorische Hürde
Regulatorische Hürde
Regulatorische Hürde
Autonom. control Autonom. control Autonom. control Autonom. control
Remote control Remote control Remote control
(utility PV) (incl. residential PV) (incl. residential PV)
Active grid control Active grid control
(i.e. inertia) (i.e. inertia, grid forming)
PVPS
WICHTIG: Geeignete rechtliche Rahmenbedingungen (z. B. Netzkodizes)
müssen in früheren Stufen entwickelt oder aktualisiert werden! 8
Inhalt / Übersicht Systemdienstleistungen durch PV und Batteriesysteme (PV as ancillary service provider - Input IEA PVPS Task 14) Wo stehen wir (in Deutschland)? Systemdienstleistungen und Stabilitätsanforderungen Aktuelle Herausforderungen mit intelligenten Lösungen meistern 9 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. Mende
Wo stehen wir (in Deutschland)?
Beschleunigung des Wandels der Energieerzeugung in Deutschland
Abbildung in Anlehnung an: Bettenwort et al.: Systemrelevante PV-Kraftwerke in der zukünftigen
600 Steinkohle
Erste Richtlinien Heute in Szenario inst. PV-Leistung
Braunkohle EEG
Netzstützung Deutschland lt. „Osterpaket“ in 2030
Inst. Erzeugungs-
500
Energieversorgung‘, 29. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, 2014
kapazität [GW]
Gas ? Öl
400
Gas
Daten links: eigene Recherche und Extrapolation, „Überblickspapier Osterpaket“
300 Kernenergie
Jahreshöchstlast
200 Sonstige PV mit System-
Systemverantwortung
heute
100 Wasser verantwortung
Wind
0
Photovoltaik
Netzunterstützende PV-Systeme
Biomasse
Einspei-
Wind und PV tragende Säulen der Energieversorgung sende PV
„Osterpaket“ der Bundesregierung beschleunigt 0,25 0,5 0,75 1 1,25 2,5
Transformation! Installierte PV = Installierte PV-Leistung
max. Netzlast Maximale Netzlast
Stufe 3 > 4?! Auf jeden Fall PV (und Wind) mit Systemverantwortung!
10 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeSystemdienstleistungen und Stabilitätsanforderungen
EE als Rückgrad der Energieversorgung für Erbringung zunehmend verantwortlich
Systemverantwortliche Erzeugungs-
Abbildungen aus: Stellungnahme der dena-Plattform Systemdienstleistungen zur Untersuchung
der langfristigen Bedarfe und Erbringungsoptionen für Vorleistungen im Projekt SDLZukunft
einheiten erbringen SDL für Normal-
betrieb und zur Beherrschung von
Störungen
Netzanschluss-Anforderungen:
Anzahl an Anlagen macht einheit-
liches Verhalten und einheitliche
Umsetzung notwendig
Notwendigkeit der korrekten
Umsetzung gegeben
11 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeSystemdienstleistungen und Stabilitätsanforderungen
EE als Rückgrad der Energieversorgung für Erbringung zunehmend verantwortlich
Systemverantwortliche Erzeugungs-
Abbildungen aus: Stellungnahme der dena-Plattform Systemdienstleistungen zur Untersuchung
der langfristigen Bedarfe und Erbringungsoptionen für Vorleistungen im Projekt SDLZukunft
einheiten erbringen SDL für Normal-
betrieb und zur Beherrschung von
Störungen
Netzanschluss-Anforderungen:
Anzahl an Anlagen macht einheit-
liches Verhalten und einheitliche
Umsetzung notwendig
Notwendigkeit der korrekten
Umsetzung gegeben
12 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeSystemdienstleistungen und Stabilitätsanforderungen
EE als Rückgrad der Energieversorgung für Erbringung zunehmend verantwortlich
Systemverantwortliche Erzeugungs-
Abbildungen aus: Stellungnahme der dena-Plattform Systemdienstleistungen zur Untersuchung
der langfristigen Bedarfe und Erbringungsoptionen für Vorleistungen im Projekt SDLZukunft
einheiten erbringen SDL für Normal-
betrieb und zur Beherrschung von
Störungen
Netzanschluss-Anforderungen:
Anzahl an Anlagen macht einheit-
liches Verhalten und einheitliche
Umsetzung notwendig
Notwendigkeit der korrekten
Umsetzung gegeben
Analyse und Bewertung von Anforderungen und deren Umsetzung in Studien
13 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeNetzsicht: Aktuelle Herausforderungen mit intelligenten Lösungen meistern
Systemintegration und Flexibilitätsnutzung von PV und anderen Prosumern
Beispiele für Lösungen
pandapower.org
für verschiedene Frage-
stellungen rund um die
Integration von PV,
Speicher und e-Kfz-
Systemen
Netzstudien (fraunhofer.de)
“Frühwarnsystem” Hochlauf
14 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeNetzsicht: Aktuelle Herausforderungen mit intelligenten Lösungen meistern
Systemintegration und Flexibilitätsnutzung von PV und anderen Prosumern
Beispiele für Lösungen
pandapower.org
für verschiedene Frage-
stellungen rund um die
Integration von PV,
Speicher und e-Kfz-
Systemen
konkrete Anschlussgesuche
Netzstudien (fraunhofer.de)
“Frühwarnsystem” Hochlauf
15 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeNetzsicht: Aktuelle Herausforderungen mit intelligenten Lösungen meistern
Systemintegration und Flexibilitätsnutzung von PV und anderen Prosumern
Beispiele für Lösungen
pandapower.org
für verschiedene Frage-
stellungen rund um die
Integration von PV,
Speicher und e-Kfz-
Systemen
Betriebsführungsaspekte / SDL
konkrete Anschlussgesuche
Netzstudien (fraunhofer.de)
Lösungen für Fragen auf allen Stufen der “Frühwarnsystem” Hochlauf
EE-Integration sind grundsätzlich verfügbar
16 31.05.2022 © Fraunhofer IEE | Fachtagung Netzanschluss | PV-Anlagen und Batteriespeicher als Service Provider für Verteil- und Übertragungsnetze | D. MendeKontakt
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Dr.-Ing. Denis Mende
Gruppenleiter Methoden optimierter Netzbetriebsführung
Forschungsbereich Netzplanung und Netzbetrieb
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