Smart Operator-Das Projekt zur effizienten Steuerungund Überwachung des Niederspannungsnetzes

Ulrich Dirkmann, RWE Deutschland AGDortmund, 28.11.2014

SEITE 2Einsatzgebiet des Smart Operators

Heutige und zukünftige Energieversorgung stellt neue Anforderungen an die Netze

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Herausforderung der Netzbelastbarkeit und der Spannungshaltung in den Verteilnetzen

Spannung>106 % Un

>104 % Un

>102 % Un

Strom> 80 % In

>100 % In

Ergebnis der Netzberechnung eines 20-kV-Teilnetzes der LEW Verteilnetz GmbH mit Fotovoltaik-Einspeisung

Betroffene Netzgebiete

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Der Smart Operator regelt selbständig das lokale Niederspannungsnetz

Tagesverlauf ohne Smart Operator:

Tagesverlauf mit Smart Operator:

Der Stromfluss im Ortsnetz:

Das Ziel ist der Ausgleich von schwankenden Lasten und Einspeisungen im

Stromnetz durch eine intelligente Steuerung in einem abgegrenzten Netzbereich.

Betriebskonzept:

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Mit Smart Operator: Erfolgreiches Innovationskonzept realisiert mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft

4. Entwicklung Home Energy Controller (HEC)

3. Entwicklung Intelli-gente Komponenten

2. Adaptierbarkeit und Skalierbarkeit

1. Konzeption Netzbetrieb

8. Verwertungsplan

7. Regulierung, Entwick-lung Marktmodelle

6. Feldtest

5. Systemintegration und Kommunikation

Smart Operator

Umsetzung definierter Arbeitsaufträge:

Netzsteuerung / Algorithmus für den Smart Operator.

Haussteuerung / Algorithmus für den Home Energy Controller

Netzsteuerung / Hard- und Software für den Smart Operator

Regelbarer Ortsnetztrafo

Zentraler Netzspeicher

Intelligente Wärmepumpe

Niederspannungsschaltgeräte, Wechselrichter und Komponenten für den Netzspeicher

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Smart Operator Manager (Netzinformationen)

Smart Operator (Netzsteuerung)

HE

Home Energy

Controller (HEC)Netzspeicher LadesäuleIntelligente Zähler Niederspannungs-

schalter

Regelbarer ON-

Transformator

Der Smart Operator managt den Leistungsfluss mittels intelligenten Netzkomponenten und HEC

Wetterdaten

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Über den HEC kommuniziert der Smart Operator mit Haushalten und übermittelt die Steuersignale

Smart Operator Priorisierung

HEC

HEM-PC

SmartHomeController

Triana

DB

LOG

Algorithmus

Smart Operator

Steuerung durch SmartHome

HEC Lastprofile

Intelligente HH-Geräte

Vernetzung mit installierten Haushaltsgeräten über Smart Home als HEC-Bestandteil

Informationsbereitstellung und Steuerung der Geräte

Ermittlung optionaler Lastprofile aus aktuellen und historischen Einspeise- und Verbrauchswerten sowie Wetterdaten

Bereitstellung optionaler Energieprofile an den Smart Operator zur Netzoptimierung

Priorisierungskurven aus aktuellen Netz-informationen, HEC- und Wetterdaten erstellen

Steuerung zur Erzielung eines Gesamtoptimums im Ortsnetz

Kunde

Verteilnetz

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Der Aufbau der innovativen Ortsnetze in der Wertachau, in Kisselbach und in Wincheringen ist realisiert

> Die Kommunikationsnetze sind in Betrieb:

− Glasfasernetze: Wertachau und Kisselbach

− Powerline: Wincheringen

> Die Installation der intelligenten Netzkomponenten ist abgeschlossen:

− Smart Operator

− Netzspeicher

− Regelbare Ortsnetztransformatoren

− Niederspannungsschalter

− Steuerbare Ladesäulen für E-Fahrzeuge

− Intelligente Zähler

> 26 Haushalte nehmen an der Netzoptimierung in der Wertachau teil:

− Die Haushalte wurden mit Home Energy Controllern und intelligenten Haushaltsgeräten ausgestattet

− Ein erster Prototyp wurde in der Kita Haren erfolgreich getestet

Kisselbach

Quelle: Google Maps

Drei Demonstrationsnetze für den Praxistest:

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In der Kita Haren kommunizieren erstmals die intelligenten Geräte vor Ort mit dem HEC

> Im Energiemanagement der Kita Haren eingebunden sind Fotovoltaik-Anlage, Wärmepumpe mit Warmwasserspeicher, Batteriespeicher, Geschirrspüler, Waschmaschine und Trockner

> Der Home Energy Controller (HEC) ist mit den installierten Geräten vernetzt und erhält Informationen, z.B. Last- und Erzeugungsdaten

> Mit Wettervorhersagen, aktuellen und historischen Einspeise- und Verbrauchswerten werden Prognosen ermittelt

> Der HEC der Smart Station stellt dem Smart Operator mögliche Energieprofile zur Netzoptimierung zur Verfügung

Zukünftige Anforderungen im Energiemanagement bereits heute abgedeckt:

Smart Station

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In der Siedlung „Wertachau“ wurde am 01.07.2014 das erste intelligente Ortsnetz offiziell in Betrieb genommen

Auswahlkriterien für das Ortsnetz „Wertachau“:

> Abgeschlossenes Siedlungsgebiet

> Direkte Anbindung an das Umspannwerk Schwabmünchen (20-kV), 2 ON-Stationen

> Leistungsfähige Anbindung an das Kommunikationsnetz der LEW

> Ortsnetzstromkreise als Ringnetzmit geöffneten Trennstellen

> 125 Hausanschlüsse 23 Fotovoltaikanlagen10 Nachtspeicherheizungen 8 Warmwasserspeicher

> Das Ortsnetz wurde im Jahr 1998 verkabelt

> Leerrohre zu den Häusern für Verlegung eines Glasfasernetzes sind vorhanden

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2012 2013Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2

2014

Q4Q3

Testphase Aufbau DemonetzeEntwicklungsphase

Weitere intelligente Ortsnetze starten im Herbst 2014, bis 2015 erfolgt Validierung

> Die Inbetriebnahme des ersten intelligenten Ortsnetzes erfolgte am 01.07.2014 in der Wertachau (Stadt Schwabmünchen)

> Im Herbst folgen die Inbetriebnahmen in Kisselbach (Rhein-Nahe-Hunsrück) und Wincheringen (Mosel-Trier)

> Bis Ende 2015 werden wir Erfahrungen mit dem Netzkonzept sammeln und die gewonnenen Erkenntnisse bewerten

> Die Ergebnisse aus dem Projekt fließen in die Planungs- und Betriebsgrundsätze ein

Q1 Q22015

Q4Q3

Validierung

Start Testbetrieb

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In der Wertachau ist die erste Erprobungsphase mit Haushalten, Betriebsmitteln und Netzspeicher gestartet

> Mitwirkung von über 110 Haushalten im Demonstrationsnetz Wertachau

> Aufbau der dezentralen Informations- und Kommunikationstechnologie (Glasfasernetz) zur Netzoptimierung zusammen mit der LEW

> Installation von 160 Smart Metern und 26 Home Energy Controller (HEC) mit ansteuerbaren Haushaltsgeräten

> Zwei Ladesäulen, ein regelbarer Ortsnetz-transformator, eine Kuppelstelle mit 150 kWh Blei-Gel-Batteriespeicher und eine Wetterstation

> Permanent Abgleich und Optimierung des Gesamtsystems im Praxistest unter Berücksichtigung von

– Netzzustand und physikalisch-technischer Effekte im Netz

– Individuellem Kundenverhalten

> Die ersten Auswertungen zeigen, dass die Geräte in Betrieb zuverlässig sind

Demonstrationsnetz Wertachau (Schwabmünchen)

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In Kisselbach erfolgt die Netzoptimierung mittels Batterie, Ladesäulen und NiederspannungsschalterDemonstrationsnetz Kisselbach (Rhein-Nahe-Hunsrück)

> Mitwirkung von über 140 Haushalten im Demonstrationsnetz

> Die Installation von Smart Operator und Smart Metern sowie Netzkomponenten und LWL-Kommunikationstechnik ist abgeschlossen

– Nahezu flächendeckende Ausstattung der Haushalte mit Smart Metern

– Zwei Ladesäulen, eine Kuppelstelle mit 150 kWh Blei-Gel-Batteriespeicher und eine Wetterstation

> Netzkomponenten und Smart Meter kommunizieren mit dem Smart Operator

> Betrieb und Monitoring des Gesamtsystems im realen Netzbetrieb

> Die Inbetriebnahme des Demonetzes in Kisselbachfindet am 27.09.2014 statt

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In Wincheringen werden zwei Speichertechnologien und die Kommunikation im Smart Grid über Powerline erprobt

> Die Verbindung der Haushalte, Netzkomponenten und zweier Netzspeicher mit dem Smart Operator sind über Powerline-Technologien realisiert

> Netzbereich „Im alten Wingert“

– Breitband-Powerline (B-PLC)

– Eine Netzkuppelstelle und zwei mittelgroße Batteriespeicher (je 30 kWh)

• Blei-Gel-Technologie

• Lithium-Ionen-Technologie

> Netzbereich „Schule“

– Schmalband-Übertragung (G3-PLC)

– Ein RONT, zwei Netzkuppelstellen, eine Wetterstation, eine Ladesäule

> Derzeit erfolgen Maßnahmen zur Stabilisierung der Übertragungsstrecken und Gerätekommunikation

> Die Inbetriebnahme des Demonetzes in Wincheringenist für Q4/2014 geplant

Demonstrationsnetz Wincheringen (Mosel-Trier)

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