Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Demonstrationsprojekt stützt sich auf ein einzigartiges Feldtestgelände zur Durchführung von Forschungsarbeiten im Bereich der Steuerung und Koordinierung von mit erneuerbaren Energien gespeisten Mittelspannungsnetzen. Der Demonstrationsstandort wurde bereits im Rahmen des von Romande Energie und SCCER-FURIES koordinierten nationalen REeL-Demonstrationsprojekts in der Schweiz eingerichtet (siehe https://www.epfl.ch/research/domains/sccer-furies/research-activities/reel-demo/page-156948-en-html/). Die Steuerbarkeit der verfügbaren Einheiten, d. h. ein Batteriespeichersystem der MW-Klasse und zwei Schnellladestationen für Elektrofahrzeuge mit je 150 kW, die an ein 20-kV-Netz angeschlossen sind, in dem nicht steuerbare PV- und Kleinwasserkraftwerke mit mehreren MW Leistung betrieben werden, ermöglicht die Bereitstellung von Stromsystemdienstleistungen und dürfte daher eine zentrale Rolle bei der Koordinierung zwischen DSO und TSO2 spielen. Konkret beziehen sich diese Dienste auf die Dispatchability der aggregierten lokalen Ressourcen (mit besonderem Bezug auf die stochastischen Ressourcen), die primäre/sekundäre Frequenzregulierung und die Blindleistungsunterstützung für das vorgelagerte Stromnetz, die lokale Netzspannungsregelung und das Management von Leitungsengpässen. Bei der Bereitstellung dieser Dienste wird der Echtzeitstatus des Netzes, der von einem bereits eingesetzten PMU-basierten Zustandsschätzer bereitgestellt wird, zusammen mit dem Status und den Betriebsbeschränkungen der steuerbaren Ressourcen berücksichtigt.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The demonstration project relies on a unique field test site to carry-out research in the domain of control and coordination of renewables-fed medium-voltage power distribution grids. The demonstration site has been already put in place within the context of the Swiss national REeL demonstration project coordinated by Romande Energie and the SCCER-FURIES (see https://www.epfl.ch/research/domains/sccer-furies/research-activities/reel-demo/page-156948-en-html/). The controllability of the available units, i.e., a MW-class battery storage system and two EV fast charging stations of 150kW each connected to a 20kV grid hosting non-controllable multi-MW PV and small hydro power plants, allow for the provision of power system services and therefore is expected to play a central role in the DSO-TSO2 coordination. More specifically, these services refer to dispatchability of the aggregated local resources (with particular reference to the stochastic ones), primary/secondary frequency regulation and reactive power support to the upstream power grid, local grid voltage control and line congestion management. The provision of these services will consider the real-time status of the grid provided by an already-deployed PMU-based state estimator along with the status and the operational constraints of the controllable resources.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Le projet de démonstration s'appuie sur un site d'essai unique pour mener des recherches dans le domaine du contrôle et de la coordination des réseaux de distribution d'électricité à moyenne tension alimentés par des énergies renouvelables. Le site de démonstration a déjà été mis en place dans le cadre du projet national suisse de démonstration REeL coordonné par Romande Energie et le SCCER-FURIES (voir https://www.epfl.ch/research/domains/sccer-furies/research-activities/reel-demo/page-156948-en-html/). La contrôlabilité des unités disponibles, c'est-à-dire un système de stockage par batterie de classe MW et deux stations de recharge rapide pour VE de 150 kW chacune connectées à un réseau de 20 kV hébergeant des centrales photovoltaïques multi-MW et des petites centrales hydroélectriques non contrôlables, permet de fournir des services de réseau électrique et devrait donc jouer un rôle central dans la coordination DSO-TSO2. Plus précisément, ces services se réfèrent à la dispatchabilité des ressources locales agrégées (avec une référence particulière aux ressources stochastiques), à la régulation de la fréquence primaire/secondaire et au soutien de la puissance réactive au réseau électrique en amont, au contrôle de la tension du réseau local et à la gestion de la congestion des lignes. La fourniture de ces services tiendra compte de l'état en temps réel du réseau fourni par un estimateur d'état basé sur les PMU déjà déployé, ainsi que de l'état et des contraintes opérationnelles des ressources contrôlables.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Weltweit entfallen 12 % der Treibhausgasemissionen (THG) auf die Verwendung fossiler Brennstoffe im Straßenverkehr. In der Schweiz entfallen 30 % der Treibhausgasemissionen auf den Straßenverkehr, wobei die Tendenz aufgrund der fortschreitenden Elektrifizierung des Sektors rückläufig ist. Seit 2020 ist der Anteil der Elektrofahrzeuge (EV) an den Neuverkäufen von 20 % auf über 50 % gestiegen. Die stochastische Natur des Aufladens von EVs und der Erzeugung erneuerbarer Energie hat jedoch Auswirkungen auf das Gleichgewicht des Stromnetzes sowohl für die Übertragungs- als auch für die Verteilungsnetze. Die neuere Literatur hat gezeigt, wie die proaktive Integration von EVs in auf erneuerbaren Energien basierende Stromsysteme die Gesamtfunktion des Stromsystems verbessern kann, um den lokalen und globalen Bedarf des Netzes zu decken. In dieser Hinsicht zielt das Projekt darauf ab, den Betrieb eines Stromverteilungsnetzes zu verbessern, das stochastische erneuerbare Ressourcen der MW-Klasse, batteriebetriebene Energiespeichersysteme der MW-Klasse (BESS) und Ladestationen der Stufe 3 für Elektrofahrzeuge (EVCS) beherbergt, um mehrere betriebliche Ziele des Netzes zu erfüllen. In dieser Hinsicht wurden vier Gruppen von Forschungsfragen definiert, die sich auf Folgendes beziehen: (a) das Verhalten von EV-Nutzern, (b) die Steuerbarkeit von Tier-3-EVCS, (c) die Fähigkeit des Stromverteilungsnetzes, das eine erhebliche stochastische erneuerbare Erzeugung von EVCS beherbergt, in Echtzeit erfolgreich verteilt und gesteuert zu werden, und (d) die Bereitstellung vielfältiger Hilfsdienste durch Stromverteilungsnetze, die steuerbare BESS und EVCS beherbergen. Die wichtigsten Ergebnisse des Projekts sind (i) die Kombination von EVCS und steuerbaren BESS bietet messbare Vorteile für das Dispatching, den Betrieb und die Kontrolle des Netzes, (ii) die Steuerung von EVCS kann den Investitionsbedarf für BESS (d. h. Nennleistung und -energie) senken, ohne die Zufriedenheit der EVCS-Nutzer wesentlich zu verringern, (iii) der Einsatz spezifischer EVCS-Steuerungen kann ihre negativen Auswirkungen auf das Stromnetz erheblich reduzieren, und zwar umso mehr, wenn diese EVCS mit dem planmäßigen Laden von kommerziellen EV-Flotten verbunden sind, und (iv) die wirtschaftliche Rentabilität von mit EVCS gekoppelten BESS ist fallspezifisch, und unter den derzeitigen Marktbedingungen und der Projektkonfiguration sind Frequenzsystemdienste die Steuerung mit der höchsten Investitionsrendite.
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Schlussbericht
(Englisch)
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The utilization of fossil fuels’ for the road transportation accounts for 12% of the global greenhouse gas emissions (GHGs). In Switzerland, the road transport account for 30% of Swiss GHGs emissions with a decreasing trend due to the sector’s progressive electrification. Since 2020, the electric vehicles’ (EVs) share in new sales has increased from 20% to over 50%. However, the stochastic nature of both EV’s charging and renewables generation has an impact on the power grid equilibrium for both transmission and distribution networks. The recent literature has shown how the proactive EV integration in renewable-based power systems can enhance the overall power system’s operation to satisfy local and bulk grid needs. In this respect, the project aims to enhance the operation of a power distribution grid hosting stochastic MW-class renewable resources, MW-class battery energy storage systems (BESSs), and level-3 EV charging stations (EVCSs), to serve multiple grid operational objectives. In this respect, four sets of research questions were defined in relation to: (a) the EV users’ behavior, (b) the controllability of level-3 EVCSs, (c) ability of the power distribution grid hosting substantial stochastic renewable generation of EVCSs to be successfully dispatched and controlled in real-time, and (d) the provision of multiple ancillary services by power distribution grids hosting controllable BESSs and EVCSs. The main project outcomes are the following: (i) combining controllable EVCSs and BESSs has measurable benefits for grid dispatching, operation and control, (ii) the control of EVCSs can reduce the need for BESS investment (i.e., both power and energy ratings) without significantly affecting EVCS users’ satisfaction, (iii) the deployment of specific controls of EVCSs can significantly lower their negative impact on the power grid, and even more when these EVCS are associated with scheduled charging of EV commercial fleets, and (iv) the economical profitability of BESSs coupled with EVCSs is case-specific and, under the current market conditions and the projects’ setting, the frequency containment reserve (FCR or primary frequency regulation reserve) is the control with the best return on investment.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Au niveau mondial, l'utilisation de combustibles fossiles pour le transport routier représente 12% des émissions de gaz à effet de serre (GES). En Suisse, le transport routier représente 30 % des émissions GES, avec une tendance à la baisse en raison de l'électrification progressive du secteur. Depuis 2020, la part des véhicules électriques (VE) dans les nouvelles ventes est passée de 20 % à plus de 50 %. Cependant, la nature stochastique de la recharge des VE et de la production d'énergie renouvelable a un impact sur l'équilibre du réseau électrique à la fois pour les réseaux de transmission et de distribution. La littérature récente a montré comment l'intégration proactive des VE dans les systèmes électriques basés sur les énergies renouvelables peut améliorer le fonctionnement global du système électrique pour satisfaire les besoins locaux et globaux du réseau. À cet égard, le projet vise à améliorer le fonctionnement d'un réseau de distribution d'électricité hébergeant des ressources renouvelables stochastiques de classe MW, des systèmes de stockage d'énergie par batterie de classe MW (BESS), et des bornes de recharge de niveau 3 pour les véhicules électriques (EVCS), afin de répondre à de multiples objectifs opérationnels du réseau. À cet égard, quatre groupes de questions de recherche ont été définis en relation avec : (a) le comportement des utilisateurs de VE, (b) la contrôlabilité des EVCS de niveau 3, (c) la capacité du réseau de distribution d'électricité hébergeant une production renouvelable stochastique substantielle d'EVCS à être dispatché et contrôlé avec succès en temps réel, et (d) la fourniture de services auxiliaires multiples par les réseaux de distribution d'électricité hébergeant des BESS et des EVCS contrôlables. Les principaux résultats du projet sont les suivants (i) la combinaison d'EVCS et de BESS contrôlables présente des avantages mesurables pour le dispatching, l'exploitation et le contrôle du réseau, (ii) le contrôle des EVCS peut réduire le besoin d'investissement dans les BESS (c'est-à-dire la puissance et l'énergie nominales) sans pour autant réduire de manière significative le niveau de satisfaction des utilisateurs de l'EVCS, (iii) le déploiement de contrôles spécifiques des EVCS peut réduire de manière significative leur impact négatif sur le réseau électrique, et encore plus lorsque ces EVCS sont associés à la charge programmée de flottes d'EV commerciales, et (iv) la rentabilité économique des BESS couplés aux EVCS est spécifique à chaque cas et, dans les conditions du marché actuelles et la configuration du projet, les services système fréquence est le contrôle qui offre le meilleur retour sur investissement.
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