Halbautonomes mikro-Netzwerk mit vorhergesagtem geglätteten Leistungsprofil basierend auf Gleichstrom-Leistungsübertragung für die Integration sehr hoher Anteile erneuerbarer Energien über 50% für industrielle Produktionsstätten

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501512
• Projekttitel Englisch: Semi-autononomous DC-microgrid with predicted precise smooth power profile for very high penetration of renewable energy (more than 50% of total consumption) for industrial sites

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Um die massive Integration von über 50% Energieanteilen der fluktuierenden erneuerbaren Energien in die Elektrizitätsnetze zu ermöglichen soll die Machbarkeit mittels prediktiver halbautonomer microgrids gezeigt werden. Durch Integration von photovoltaischer Produktion, Speichermedien und Verbrauchern in ein leistungs- und energiegeregeltes microgrid sowie der Nutzung von meteorologischen Voraussagen für die Produktion von PV-Leistung wird gezeigt, dass eine Voraussage einer Leistungsinjektions- und Bezugskurve mit 48 Stunden Voraussagezeit mit 1% Genauigkeit möglich ist. Zwei Demonstratoren von microgrids sollen aufgebaut und auf Basis der so erhaltenen realistischen Zahlen die wirtschaftlichen Vorteile für Besitzer der Anlage sowie Netzbetreiber dargestellt werden.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Aim is to demonstrate the technical and economic advantages of an industrial scale microgrid based on a DC-bus power link integrating photovoltaic production, storage, and consumers. Meteorological and consumption forecasts allow smoothing the power profile (daily and seasonally) for high PV penetration beyond 50% of total consumed energy. One fully equipped microgrid demonstrator will be set up, integrating PV production, battery storage, consumers, including variable frequency motor drives and electrolysis for power to gas. The locally regulated microgrid allows power and energy management within a precision of 1% of the 48h forecast whereas the 700V DC-link improves energy transfer efficiency inside the microgrid due to reduction of redundant DC/AC conversions. A simulation of a super-grid consisting of a multitude of microgrids will quantify economic benefits of this innovative grid topology.

Schlussbericht (Deutsch)

Während dieses Demonstrationsprojektes wurde ein funktionierendes DC-microgrid mit allen relevanten Funktionalitäten, wie sie für Anwendungen im industriellen Umfeld sowohl qualitativ als auch quantitativ erforderlich sind, aufgebaut. Eine Vielzahl solcher DC-microgrids könnte eine netzfreundliche Integration stark variabler erneuerbarer Energiequellen (z.B. Photovoltaik) bis zu einem Anteil der erneuerbaren Energie von über 50% des jährlichen Gesamtenergieverbrauchs vereinfachen und damit den Ausbau der Übertragungsnetze weniger dringlich bzw. überflüssig machen. Die potentiellen Vorteile von DC-microgrids in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht werden diskutiert.

Für den Aufbau dieses Demonstrators wurden alle notwendigen Komponenten überwiegend selbst entwickelt, die kommerziellen Komponenten funktionell angepasst, sowie die Regelalgorithmen und Kommunikationsschnittstellen implementiert. Aufbauend darauf wurden Möglichkeiten einer Kommerzialisierung ermittelt und initiiert. Das DC-microgrid ist funktionell seit 2015, die Entwicklungen und Erweiterungen wurden am laufenden Demonstrator vorgenommen. Dadurch konnte die Zuverlässigkeit getestet, sowie typische Fehlerquellen und passende Abhilfen identifiziert werden. Besonderes Letzteres ist für zukünftige Umsetzungen im industriellen Umfeld wichtig, um eine fehlerfreie oder -tolerante Funktion zu gewährleisten.

Schlussbericht (Englisch)

During this demonstration project a permanently operational DC microgrid has been installed with all relevant functionalities required for qualitatively and quantitatively equivalent applications in an industrial environment. A multitude of such DC-microgrids could make a grid-friendly integration of highly variable renewable energy sources (e.g. photovoltaics) easier for a share of renewable energy of more than 50% of the total annual energy consumption and thus potentially making the expansion of the transmission grids less urgent or superfluous. The potential advantages of a DC-microgrid in technical as well as in economic respect are discussed.

For the implementation of this demonstrator, all necessary components were developed or adapted in their functionality, and the control algorithms and communication interfaces were implemented. Based on this, possibilities for commercialization were identified and initiated. The DC-microgrid has been functional since 2015; the developments and extensions were carried out on the current demonstrator. Thus, the reliability could be tested and typical error sources and suitable remedies identified. The latter is particularly important for future implementations in an industrial environment in order to guarantee error-free or error-tolerant function.

Zugehörige Dokumente

• Semi-autonomous DC-microgrid for industrial sites with predicted precise smooth power profile for very high penetration of renewable energy (>50% of total consumption) - Final Report [PDF] 8'458 kB

Schlussbericht (Französisch)

Pendant ce projet de démonstration un micro-réseau en courant continu fonctionnel a été réalisé. Ce dernier intègre quantitativement et qualitativement toutes les fonctionnalités nécessaires à un environnement industriel. Une multitude de micro-réseaux en courant continu de ce type pourrait, selon nos calculs, faciliter l'intégration de sources d'énergie renouvelables très variables (par exemple, le photovoltaïque) dans le réseau de distribution, jusqu'à une part d'énergie renouvelable supérieure à 50% de la consommation annuelle totale d'énergie. Cela pourrais rendre l'expansion des réseaux de transport moins urgente voire superflue. La faisabilité ainsi que les avantages potentiels d'un microréseau à courant continu, tant sur le plan technique qu'économique, sont discutés.

Pour la mise en place de ce démonstrateur, tous les composants nécessaires ont été développés ou adaptés et les algorithmes de contrôle et les interfaces de communication entre les équipements ont été implémentés. Sur cette base, des possibilités de commercialisation ont été identifiées et lancées. Le microgrid DC est opérationnel depuis 2015, les développements et extensions ont été réalisés pour le démonstrateur actuel. Ainsi, la fiabilité a pu être testée et les sources d'erreurs typiques et les remèdes appropriés ont pu être identifiés. Ce dernier point est particulièrement important pour les applications futures dans un environnement industriel afin de garantir un fonctionnement sans erreur ou tolérant aux défauts de fonctionnement.