BackupFlex – Emergency operations with decentralised assets

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502155

Short description (German)

Dezentrale Stromerzeugungsanlagen der Erneuerbaren Energien sind in der Lage, im Fall von längeren Stromausfällen die Versorgung von kritischen Stromverbrauchern sicherzustellen. So können essentielle Akteure wie Blaulichtorganisationen, Zivilschutz, Trinkwasserversorgung, Tankstellen, Landwirtschaftsbetrieben etc. auch in Notfällen für die Bevölkerung verfügbar sein. Die Betriebsmittel stehen in vielen Netzen bereits zur Verfügung (z.B. Biogasanlagen, Photovoltaikanlagen, Kleinwasserkraftanlagen). Zur praktischen Umsetzung dieses „Notbetriebs“ fehlen aber heute meist noch technische und organisatorische Voraussetzungen. Auch liegen noch keine Erfahrungen und Feldtests vor, um das Potential des Konzepts zu bestätigen und einer breiten Öffentlichkeit zu vermitteln. Das vorliegende Projekt soll diese Lücken schliessen und eine Stromversorgung in Notlagen mit dezentralen Erneuerbaren möglich machen.

Short description (English)

Decentralised renewable energy assets are able to ensure the supply of critical electricity consumers in the event of long power outages. Thus, essential actors such as police, red cross, civil defence, drinking water supply, petrol stations, farms, etc. can be available to the population even in emergencies. The assets are already available in many networks (biogas plants, photovoltaic plants, small hydro plants). Technical and organizational requirements for the implementation of this "emergency operations" are however still missing. Also, there are no experiences and field tests available yet to confirm the potential of the concept and present it to a broad audience. The present project aims to close these gaps and make possible a power supply in emergency situations with decentralized renewables.

Final report (German)

Im Projekt «BackupFlex» konnte in praktischen Feldtests demonstriert werden, wie die Notstromversorgung von Landwirtschaftsbetrieben auch über einen längeren Zeitraum, z.B. während eines grossräumigen Blackouts, sichergestellt werden kann. Die Ergebnisse der Grundlagenarbeit im Projekt zeigen, dass sich der sogenannte Notbetrieb unter Einbezug von dezentralen Erzeugungseinheiten der erneuerbaren Energien in der Breite umsetzen liesse. Die Analysen zeigen aber auch, dass problematische Energielücken auftreten können, wenn das Konzept auf Photovoltaikanlagen limitiert wird. Ein sicherer Notbetrieb wird daher auf Photovoltaikanlagen in Kombination mit weiteren, saisonal unabhängigen, Energiequellen aufbauen müssen. Die Integration von mehreren Energiequellen in einem gemeinsamen Notnetz wird die bereits beträchtliche technische Komplexität des Notbetriebs jedoch zusätzlich erhöhen. Die verschiedenen Feldtests im Projekt haben klar aufgezeigt, dass der Netzaufbau im Inselnetz in der Praxis alles andere als trivial ist. Mehrere Schwarzstartversuche sind an fehlerhaften Einstellungen oder defekten Komponenten gescheitert. Wichtig ist allerdings auch die Erkenntnis, dass nach einem gelungenen Netzaufbau der stabile Notbetrieb jeweils problemlos etabliert werden konnte. Ebenfalls während Feldtests konnte gezeigt werden, dass sich – wenn die entsprechenden technischen Voraussetzungen gegeben sind – verschiedene Erzeugungstechnologien der erneuerbaren Energien für den Notbetrieb kombinieren lassen. So waren während verschiedenen Tests die Biogasanlage und die Photovoltaikanlage zeitgleich im Notnetz aktiv. Sowohl während der Grundlagenarbeit als auch während den Feldtests konnten auch konzeptionelle Schwachstellen und Lücken des Notbetriebs mit dezentralen Anlagen identifiziert werden. Exemplarisch sei an dieser Stelle die technisch unzureichende beziehungsweise finanziell unattraktive Nachrüstbarkeit von Bestandsanlagen genannt. Eine grundsätzliche Herausforderung zeigte sich schliesslich bei der Information der betroffenen Landwirtschaftsbetriebe. Spätestens seit dem Frühjahr 2022 ist das Interesse für das Thema zwar sehr gross und die Branche scheint besser sensibilisiert zu sein. Es besteht in der Branche aber weiterhin ein erheblicher Informationsbedarf. Notwendig wären zudem speziell auf die Landwirtschaft zugeschnittene Konzepte, um die Risiken von langandauernden Stromausfällen adäquat abmildern zu können.

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• Schlussbericht_deutsch [PDF] 1'020 kB

Final report (English)

In the «BackupFlex» project, it was possible to demonstrate in field tests how the emergency power supply of farms can be ensured over long periods of time, e.g. during a large-scale blackout. It was possible to show that such emergency operations can be implemented on a broad scale with the inclusion of decentralised renewable energy generation. However, the analyses also show that problematic energy gaps can occur if the concept is limited to photovoltaic systems. Secure emergency operation will therefore have to be based on photovoltaic systems in combination with other, seasonally independent energy sources. However, the integration of several energy sources in a common emergency grid will further increase the already considerable technical complexity of emergency operation. The various field tests in the project have clearly shown that grid management in the island grid is anything but trivial in practice. Several black start attempts failed due to faulty settings or defective components. However, it is also important to realise that after a successful grid setup, stable emergency operation could be established without any problems. It was also shown during field tests that different renewable energy generation technologies can be combined for emergency operation if the appropriate technical conditions are met. During various tests, the biogas plant and the photovoltaic plant were simultaneously active in the emergency grid. Both during the theoretical project work and during the field tests, it was possible to identify conceptual weaknesses and gaps in emergency operation with decentralised plants. One example is the technically insufficient or financially unattractive retrofitting of existing plants. Finally, a fundamental challenge emerged in informing the affected farms. Since spring 2022 at the latest, there has been a great deal of interest in the topic of emergency power supply and the sector seems to be more aware of the issue. However, there is still a considerable need for information in the sector. Concepts tailored specifically to agriculture would also be necessary in order to adequately mitigate the risks of prolonged power outages.

Final report (French)

Le projet «BackupFlex» a permis de démontrer, dans le cadre de tests pratiques sur le terrain, comment l'alimentation électrique de secours des exploitations agricoles peut être assurée sur une longue période, par exemple pendant un black-out à grande échelle. Les résultats du travail de base effectué dans le cadre du projet montrent que le fonctionnement dit de secours pourrait être mis en oeuvre à grande échelle en intégrant des unités de production décentralisées d'énergies renouvelables. Mais les analyses montrent également que des lacunes énergétiques problématiques peuvent apparaître si le concept est limité aux installations photovoltaïques. Une exploitation de secours sûre devra donc se baser sur des installations photovoltaïques combinées à d'autres sources d'énergie indépendantes des saisons. Cependant, l'intégration de plusieurs sources d'énergie dans un réseau de secours commun augmentera encore la complexité technique déjà considérable de l'exploitation de secours. Les différents tests sur le terrain réalisés dans le cadre du projet ont clairement montré que la mise en place du réseau dans un réseau isolé est loin d'être triviale dans la pratique. Plusieurs tentatives de démarrage au noir ont échoué en raison de réglages erronés ou de composants défectueux. Il est toutefois important de noter qu'après une mise en place réussie du réseau, le fonctionnement de secours stable a pu être établi sans problème. Les tests sur le terrain ont également montré que, lorsque les conditions techniques sont réunies, il est possible de combiner différentes technologies de production d'énergie renouvelable pour l'exploitation de secours. Ainsi, lors de différents tests, l'installation de biogaz et l'installation photovoltaïque ont été actives en même temps sur le réseau de secours. Tant le travail de base que les tests sur le terrain ont permis d'identifier les points faibles et les lacunes conceptuelles de l'exploitation de secours avec des installations décentralisées. A titre d'exemple, on peut citer la possibilité de rééquiper les installations existantes, insuffisante sur le plan technique ou peu intéressante sur le plan financier. Enfin, l'information des exploitations agricoles concernées a constitué un défi fondamental. Depuis le printemps 2022 au plus tard, l'intérêt pour le sujet est certes très grand et le secteur semble mieux sensibilisé. Mais le besoin d'information reste important dans le secteur. Il serait en outre nécessaire d'élaborer des concepts spécialement adaptés à l'agriculture afin de pouvoir atténuer de manière adéquate les risques liés aux pannes de courant de longue durée.