Projektexposé Netzspeicher

Netzdienliche Energiespeichersysteme von FENECON

Im Smart Grid Test­feld in der See­stadt Aspern (Wien) sind 5 Stück netz­dien­li­che Leis­tungs­spei­cher in unter­schied­li­chen Trans­for­ma­tor­sta­tio­nen unter­ge­bracht. Die­se sind über die Nie­der­span­nungs­schie­ne (0,4kV) an das Ver­tei­ler­netz ange­schlos­sen. Die Sys­te­me sind vor­ran­gig für den Ein­satz als Leis­tungs­spei­cher aus­ge­legt, die Spei­che­rung von Ener­gie­men­ge wür­de dabei aber eben­so berück­sich­tigt.

Ziel ist einer­seits die Bereit­stel­lung von Bat­te­rie­leis­tung für das Ver­teil­netz mit vor­ge­ge­be­ner Rege­lungs­auf­ga­be und ande­rer­seits eine mög­li­che Ver­mark­tung von über­schüs­si­gen Ener­gie­men­gen. Dazu agie­ren die Bat­te­rie­spei­cher jeweils lokal unab­hän­gig um Rege­lungs­auf­ga­ben im Nie­der­span­nungs­netz aus­zu­füh­ren. Eine Ver­net­zung der Bat­te­rie­spei­cher ist aber eben­so vor­ge­se­hen.

Ausgangssituation

Mit der zuneh­men­den Dezen­tra­li­sie­rung der Ener­gie­be­reit­stel­lung und der damit ver­bun­de­nen Ein­spei­sung einer Viel­zahl ein­zel­ner Strom­erzeu­ger in das Nie­der­span­nungs­netz wird die­ses vor neue Her­aus­for­de­run­gen gestellt, um den Abnehmern/Kunden wei­ter­hin eine hohe Ver­sor­gungs­si­cher­heit und Span­nungs­qua­li­tät zur Ver­fü­gung zu stel­len.

Zudem ent­ste­hen im städ­ti­schen Umfeld immer mehr ein­pha­si­ge Lade­mög­lich­kei­ten für Elek­tro­fahr­zeu­ge, z.B. an Later­nen­mas­ten oder in Tief­ga­ra­gen. Dadurch bedingt ent­steht im Nie­der­span­nungs­netz in spe­zi­fi­schen Zeit­räu­men eine hohe unsym­me­tri­sche Belas­tung der Außen­lei­ter. Dies führt zu einer deut­li­chen Belas­tung der Nie­der­span­nungs­net­ze.

Systemauslegung

Die Netz­spei­cher sind zur Auf­stel­lung in Tra­fo­ko­jen in dezen­tral ver­teil­ten Netz­sta­tio­nen kon­zi­piert oder kön­nen bereits voll­stän­dig inte­griert in einer Beton­sta­ti­on ange­bo­ten wer­den. Das Sys­tem­de­sign basiert auf dem 100 kVA Wech­sel­rich­ter von REFU­en­er­gy und der lang­le­bi­gen und siche­ren BYD Lithi­um-Eisen­phos­phat Bat­te­rie­tech­no­lo­gie.

Um der Leis­tungs­an­for­de­rung in die­sem Pro­jekt gerecht zu wer­den, aber zudem noch die Mög­lich­keit der Teil­nah­me an Ener­gie­märk­ten zu ermög­li­chen wird der Auf­bau mit einer Bat­te­rie­ka­pa­zi­tät von jeweils 120 kWh rea­li­siert.

Jedes der Bat­te­rie­sys­te­me besteht dabei aus einem Bat­te­rie­st­ring, der an einem zen­tra­lem 100 kVA Umrich­ter ange­bun­den ist. Der Umrich­ter wird Nie­der­span­nungs­sei­tig jeweils einer Trans­for­ma­tor­sta­ti­on zuge­ord­net.

Grid Control Center

Das eigens dafür ent­wi­ckel­te Grid Con­trol Cen­ter dient dabei sowohl als loka­le als auch zen­tra­le Steue­rungs­platt­form um die Rege­lungs­auf­ga­ben im Nie­der­span­nungs­netz. Im Sys­tem sind dabei die fol­gen­den Rege­lungs­funk­tio­nen akti­vier­bar.

Funktionsgruppe 1 – P/Q/I/cos-phi Sollwertregelung

Das Bat­te­rie­sys­tem regelt die Aus­ga­be- oder Auf­nah­me­leis­tung auf einen dyna­mi­schen oder kon­stan­ten Wirk­leis­tung-, Blind­leis­tung-, Strom- oder Leis­tungs­fak­tor­soll­wert. Die Rege­lung kann dabei pha­sen­sym­me­trisch oder pha­senun­sym­me­trisch erfol­gen.

Funktionsgruppe 2 – Q(U) / P(U) / P(f) / cos-phi℗ Regelung

Anhand defi­nier­ter Rege­lungs­kenn­li­ni­en erfolgt eine dyna­mi­sche Anpas­sung von Wirk­leis­tung, Blind­leis­tung oder Leis­tungs­fak­tor anhand loka­ler Mes­sung am nie­der­span­nungs­sei­ti­gen Ver­knüp­fungs­punkt des Trans­for­ma­tors. Die Rege­lung kann dabei pha­sen­sym­me­trisch oder pha­senun­sym­me­trisch erfol­gen.

Funktionsgruppe 3 – P/Q/I Regelung am Verknüpfungspunkt

Dyna­mi­sche P,Q oder I Rege­lung am nie­der­span­nungs­sei­ti­gen Ver­knüp­fungs­punkt des Trans­for­ma­tors. Rege­lung der Bezugs- oder Ein­spei­se­leis­tung oder Ein­hal­tung eines bestimm­ten Leis­tungs­band. Die Rege­lung kann dabei pha­sen­sym­me­trisch oder pha­senun­sym­me­trisch erfol­gen.

Funktionsgruppe 4 – Phasensymmetrierung

Im Pha­sen­sym­me­trier­be­trieb wer­den Pha­sen­schief­las­ten durch eine unsym­me­tri­sche Leis­tungs­auf­nah­me oder -abga­be am nie­der­span­nungs­sei­ti­gen Ver­knüp­fungs­punkt des Trans­for­ma­tors aus­ge­gli­chen. Der Pha­sen­aus­gleich erfolgt dabei durch den Umrich­ter, eine Be- oder Ent­la­dung der Bat­te­rie erfolgt hier­bei nicht.

Funktionsgruppe 5 – Marktteilnahme

Das Grid Con­trol Cen­ter stellt Schnitt­stel­len zur akti­ven Markt­teil­nah­me zur Ver­fü­gung, damit kön­nen die Bat­te­rie­sys­te­me markt­ab­hän­gig be- oder ent­la­den wer­den.

Die Funk­ti­ons­grup­pen sind unab­hän­gig von­ein­an­der akti­vier­bar und kön­nen auto­ma­tisch anhand von Netz­mes­sun­gen oder durch die Netz­leit­war­te akti­viert wer­den. Die Sys­te­me in den jewei­li­gen Trans­for­ma­tor­sta­tio­nen sind dabei unter­ein­an­der über Licht­wel­len­lei­ter ver­netzt und an ein Zen­tral­sys­tem ange­bun­den. Das Zen­tral­sys­tem ermög­licht die Über­wa­chung und Steue­rung aller im Netz ver­teil­ter Bat­te­rie­spei­cher. Gleich­zei­tig bil­det das Zen­tral­sys­tem die Schnitt­stel­le zur über­ge­ord­ne­ten Netz­leit­tech­nik und ermög­lich die Anbin­dung an Ener­gie­märk­te.

Projektpartner

Die Pro­jek­t­um­set­zung und der Spei­cher­be­trieb erfolgt im Rah­men des Pro­jekts durch die Aspern Smart City Rese­arch (ASCR) in enger Koope­ra­ti­on mit dem loka­len Netz­be­trei­ber Wie­ner Net­ze und dem Ener­gie­ver­sor­ger Wien Ener­gie.