ZEV – Microgrids in der Schweiz und Energiemanagement-Systeme (EMS).

Ein Fachseminar von smart-me.

Der Bedarf an dekarbonisierter Energie als Antwort auf die Klimakrise hat Anstrengungen zur Steigerung der installierten Kapazität erneuerbarer Energiequellen ausgelöst, die sich in verschiedenen Formen staatlicher Unterstützung und Senkungen der Produktionskosten niederschlagen. Es wird erwartet, dass dezentrale Energieressourcen die mit dem steigenden Stromverbrauch und dem Ausbau der Stromnetze verbundenen Kosten und Störungen eindämmen können.

Diese beiden Trends erklären das rasche Wachstum der installierten Solarenergie, welche die billigste und am einfachsten zu installierende dezentrale erneuerbare Energiequelle ist. Auch wenn in der Schweiz noch grosser Nachholbedarf besteht. Die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien führt zu einer höheren Variabilität der Versorgung. Daher werden Produktions- und Verbrauchsflexibilitäten für die Übertragungs- und Verteilungsnetzbetreiber als Ersatz für umfangreiche Netzinvestitionen immer wertvoller.

Verbrauchsflexibilität ist die Fähigkeit, den Stromverbrauch elektrischer Geräte zeitlich zu verschieben oder zu verändern. Der Eigenverbrauch bietet Möglichkeiten, diese Verbrauchsflexibilität zu unterstützen, indem er den lokalen Verbrauch gegenüber dem Export priorisiert. Der Eigenverbrauch trägt zur Stabilität des Verteilernetzes bei, indem er einen Spannungsanstieg während der Erzeugungsspitzen der Photovoltaik (PV) vermeidet und dazu beiträgt, einen höheren Anteil der installierten PV am Strommix zu erreichen.

Da vereinfachte Verwaltungsverfahren den Eigenverbrauch des erzeugten Stroms zu einer rentablen Option gemacht haben, werden solche Anlagen zunehmend eingesetzt und erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Sie fördern ein intelligentes Management von Elektrogeräten auf lokaler Ebene, da die volle Nutzung der finanziellen Anreize für den Eigenverbrauch ein optimales Management des Haushaltsverbrauchs erfordert. 

Außerdem wird der Wert dieser Energiemanagementsysteme (EMS), die zur Überwachung, Steuerung und Optimierung des Haushaltsverbrauchs eingesetzt werden, durch die steigenden Stromrechnungen der Endverbraucher erhöht. Dieser Trend ist auf die Elektrifizierung des Energieverbrauchs zurückzuführen, der traditionell durch fossile Brennstoffe gedeckt wird.

Steuerung von Batterien, Haushaltsgeräten und elektrischen Warmwasserbereitern.

Um ein Höchstmaß an Flexibilität zu erreichen, werden manchmal kombinierte PV-Batterie-Anlagen in Betracht gezogen, die jedoch sowohl für individuelle als auch für gemeinsam genutzte Batteriesysteme hohe Zusatzkosten verursachen. Im Rahmen von Untersuchungen zur Nachfragereaktion (d. h. der kurzfristigen Änderung der Energienachfrage der Verbraucher in Abhängigkeit von externen Signalen) sind Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen in den letzten Jahrzehnten auf großes Interesse gestoßen, sowohl für Wohngebäude als auch für Bürogebäude.

Management eines Mikronetzes.

Ein optimales Management eines Mikronetzes in einem ZEV – Zusammenschluss zum Eigenverbrauch - erfordert die Vorhersage des Ungleichgewichts zwischen Angebot und Nachfrage, also zwischen Stromproduktion und Stromverbrauch. Dabei gibt es verschiedene Methoden zur Integration von realen deterministischen Vorhersagen der Photovoltaik (PV)-Produktion und der Systemlasten in das Management eines ZEVs integriert in ein Mikronetz.

Microgrids – in der Schweiz als ZEV bekannt - sind weltweit auf dem Vormarsch, weil sie dazu beitragen, erneuerbare Energien besser in Energiesysteme zu integrieren. Das Ziel ist die Kosten des Betriebs des Mikronetzes zu optimieren und damit die Betriebskosten des Systems zu senken.

Energieversorgungssysteme
Ein Mikronetz ist ein System mit eigenen Erzeugungsanlagen wie PV-Dächern und häufig einem Energiespeichersystem (ESS). Seine Architektur zielt darauf ab, die Energieerzeugung, die Lieferung von Strom und die Last, also den Verbrauch des Stroms im Mikronetz selbst zu optimieren.

Aufgrund ihres variablen Charakters erzeugen intermittierende erneuerbare Energien wie die Photovoltaik Schwankungen, die das Gleichgewicht von Angebot und Nachfrage destabilisieren, die Stromqualität und damit die Zuverlässigkeit des Systems verringern. Die größte Herausforderung für Microgrids besteht darin, den effektivsten Weg zu finden, um die Erzeugung von Strom und die Last aufeinander abzustimmen mit dem Ziel, die Betriebskosten zu senken und den lokalen Eigenverbrauch zu erhöhen.

Welche „Intelligenz“ muss ein Mirkonetz anhand einiger Beispiele haben?

Es wird ein effizienter Algorithmus zur Optimierung des Eigenverbrauchs einer PV-Anlage in einem Wohn- oder Geschäftshaus durch Steuerung eines elektrischen Warmwasserbereiters benötigt. Eine Methode zur Erstellung von PV-Produktionsszenarien ist  nützlich, um die Unsicherheit der PV-Produktionsprognosen berücksichtigen. Ein optimaler Steuerungsalgorithmus kann den PV-Eigenverbrauch eines Wohn- oder Geschäftshauses um 8 bis 11 % verbessern. Fiktive Produktionsprognosen mit einem Zeitschritt von 15 oder 30 Minuten können die Leistung weiter verbessern.

Ein Energiemanagementsystem optimiert den Eigenverbrauch.

Ein Energiemanagementsystem optimiert den Eigenverbrauch einer Photovoltaikanlage für Wohngebäude, und die Leistungsverluste aufgrund von Produktionsunsicherheiten werden bewertet. Die Verwaltung des Ladezustands von elektrischen Speichermedien ist eine effiziente Methode, um den Eigenverbrauch zu optimieren. Unter Berücksichtigung der zukünftigen Lasten und der unsicheren Produktion der PV-Analage ermöglicht es, niedrige Betriebskosten zu erreichen.

Schlussfolgerungen
Die derzeitige Genauigkeit der PV-Erzeugungsprognosen ist zu einem grossen Teil gut genug für ein Enerie Management System EMS. Trotzdem kann eine Verbesserung der Steuerungsalgorithmen sinnvoll sein kann.

Zusammenschluss zum Eigenverbrauch (ZEV)
smart-me entwickelt innovative Energiemessgeräte und eine Cloud-basierte Energiemanagement Plattform mit offenen Schnittstellen. Dieses Webinar richtet sich an Installateure und Energiedienstleister, welche Mikronetze und ZEV planen, in Betrieb nehmen und betreiben.