BFH-CSEM Prosumer-Lab

BFH-CSEM Prosumer-Lab
BFE-Projekt für Qualität und Stabilität im Haus- und Verteilnetz mittels Energiemanager
und Batteriespeicher
Dr. Benno J. Züger – türöffner-event: Zukunft Energiespeicher, Nidau, 15.06.2017
Institut für
Energie- und Mobilitätsforschung
/ BFH-TI
/ Berner
Fachhochschule
Berner
Fachhochschule
| Haute école spécialisée
bernoise
| Bern
University of Applied Sciences
Inhalt
Motivation / Problemstellung
▶ Das intelligente Gebäude im Labor aufgebaut
▶ Arbeitspakete Forschung
▶ Prosumer-Lab Testumgebung
▶ Beispiel Testszenario: Speicher-Vergleich
▶ Erste Resultate und Beobachtungen
▶ Projektteilnehmer, Sponsoren
▶ Summary
▶
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
2
Motivation für Prosumer-Lab Projekt
Einspeisevergütungen sinken stetig
▶ Anschaffungskosten für PV-Anlagen und
Batteriespeicher sind tiefer den je
▶
 Netzparität mit Speicher möglich:
Eigenverbrauch zu maximieren lohnt sich!
© manfredxy
Source: swiss utility solutions, Präsentation an der 13. Nationalen PV-Tagung, 2015
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
3
Motivation / Problemstellung
Maximierung des Eigenverbrauchs kann jedoch den
Betrieb des Verteilnetzes unterstützen und
herausfordern:
 Netzbetreiber brauchen Modelle, die das Netz
stabilisieren, neue Geschäfts-modelle
unterstützen und die auch für Kunden
interessant sind.
Spannung
PV Anlagen beeinflussen das Verteilnetz
▶ Richtung des Stromflusses
▶ Spannungs- und Stromqualität
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
Zeit
4
Das intelligente Gebäude … im Labor aufgebaut
Die Gebäude werden in Zukunft nicht nur Energie konsumieren
sondern auch produzieren – sie werden zu sogenannten Prosumern.
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
5
Arbeitspakete Forschung
Energiemanagement im
Gebäude
FOKUS:
▶ Eigenverbrauch
▶ Effizienz
Verteilnetzintegration
und –stabilisierung
FOKUS:
▶ Integration neue
erneuerbare Energien
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
Sozio-ökonomische
Geschäftsmodelle
FOKUS:
▶ wirtschaftl. Nutzen für
Prosumer & EVU
6
Prosumer-Lab Testumgebung – Energieerzeugung
Nachbildung EFH bis MFH
▶ Es fliessen richtige Ströme (max. 50 kW)
 Sonnen- und Lastprofile werden emuliert
▶
Emulierte Erzeugung von Energie:
 PV-Leistungsprofile, fest vorgegeben
(Tagesprofil, Jahreszeit, Dach/Fassade)
8 x 5 kW

Netz-Profile, fest vorgegeben (Spannung, Harmonische, Frequenz, …)
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
7
Prosumer-Lab Testumgebung – Lasten emulieren
Emulation von Lastprofilen:
 Lastprofile, fest vorgeben (verschiedene Haushaltsituationen)
 flexibel geschaltete Lasten (gesteuert durch Energiemanager oder Polysun)
Kochen/Backen
Beispiel rechts:
Mehrgenerationenhaushalts berechnet mit
Lastprofilgenerator
(LPG)
Waschen
Licht
Kühlschrank
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
Trockner
TV/Radio
8
Prosumer-Lab Testumgebung – Modulares Konzept
Control Unit
Web interface
Verteilnetz
Netz Emulator
PV Emulator
(Scenario Manager)
TC.ACS, 50kW, 4Q
8x 62050H-600S, 5kW
Test Bench PC
MicroLabBox
DC
3
AC
Inverter + Battery
Inverter
Inverter
Battery
BYD Dess, 9kW, 8kWh
SMA, 7kW
SE6000, 6kW
Tesla, 6.4kWh
Last Emulator
Steckdosen
Batterie
TC.ACS, 50kW, 4Q
CEE32, T13, …
Varta, 2kW, 6.4kWh
3
AC
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
Energiezähler
Steckverbindung
9
Beispiel Testszenario: Speicher-Vergleich
▶
Testszenario:




▶
Netz normal: 230 Vrms, 50 Hz
PV Solarprofile: Frühlings, Sommer, Herbst und Wintertag in Nidau
Lastprofil über Arbeitswoche/Tag für eine typische Haushaltssituationen (z. B.
Familie: 2 Ew, 2 Ki / … )
Verschiedene Batteriespeicher
Der Vergleich liefert
 Speicher-Effizienzbetrachtung durch Auswertung von Strom- und Lastflüsse
 Informationen, wie gut das Speichersystem den Eigenverbrauch optimiert
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
10
Erste Resultate und Beobachtungen
Effizienz Test – VARTA Element 6:
PV Emulation
TC.ACS Last
Aufbau
▶
Vollzyklen mit 1.5 kW Leistung,
symmetrisch verteilt auf 3 Phasen
beim Laden und Entladen
▶
Laden: PV-Emulation (Chroma) und
SMA Wechselrichter
▶
Entladung: TC.ACS von Regatron
▶
Energie Monitoring: SolarLog
▶
Energiezähler: Pro380-Mod (und Hioki
PW 6001)
Netz
Wechselrichter
Pro380
~
=
SolarLog
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
AC Batterie
11
Erste Resultate und Beobachtungen
Effizienz Test – VARTA Element 6: Resultate
Entladen
Laden
▶
▶
▶
SolarLog: Δ 0.94 kWh (Effizienz 85 %)
Pro380: Δ 1.2 kWh (Effizienz 81 %)
Signifikanter Unterschied bei der Messung
der Ladungsenergie
Kein Unterschied zw. induktiver Last oder
ohmschen Widerstand
Δ 0.94 kWh
▶
Δ 1.2 kWh
 Ladungsenergie
 Entladungsenergie
RL mode
cosφ = 0.8
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
R mode
cosφ = 1.0
12
Forschungsgruppen der Berner Fachhochschule (BFH-TI):
▶ Speicher Gruppe
Prof. Dr. Andrea Vezzini
▶ Netz Gruppe
Prof. Michael Höckel
▶ PV-Lab
Prof. Urs Muntwyler
▶ S-Lab
Prof. Dr. Stefan Grösser
PV-Center (Forschungspartner)
Prof. Dr. Christophe Ballif
BKW (Industriepartner)
Dr. D. Brand, M. Kauert
BFH-CSEM-Zentrum
Energie-speicherung
(ESReC)
Prosumer-Lab: Projektteilnehmer und Sponsoren
Bernische Kraftwerke AG
BFE (Sponsor, P&D Projekt)
BFE
Dr. Michael Moser
Bundesamt für Energie
Prosumer-Lab:
Pilot und Demonstrationsprojekt (P&D)
Zeitrahmen:
3 Jahre bis Mitte 2019
Projektkosten: 2 Mio CHF (40 % BFE, 40 % BKW, 20 % ESReC)
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
13
Summary – Prosumer-Lab Projekt
✔
Emulationsumgebung, wo richtig Strom fliest (maximal 50 kW)
✔
Vergleiche und Tests von Energiemanagern, Wechselrichte, Speicher, …
✔
Untersuchungen zur Stabilität an Haus- und Verteilnetz
✔
Reproduzierbare Testszenarien basieren auf Sonnen-, Temperatur- und Lastprofilen
sowie Netzsituationen
✔
Analyse von sozioökonomische Aspekte des Unternehmens-Ökosystems um
innovative Geschäftsmodelle zu entwickeln
✔
Das Prosumer-Lab ist ein Beispiel für eine gute interdisziplinäre Zusammenarbeit
verschiedener Forschungsgruppen und Partner.
✔
2018 steht die Testanlage auch für Projekte mit anderen Partnern zu Verfügung.
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences
14
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Dr. Benno J. Züger
[email protected]
BFH-CSEM-Zentrum Energiespeicherung (ESReC): www.bfh.ch/energy
Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences