Hernieuwbare energiecentrales digitaliseren – intelligent omgaan met energie

Het aandeel van hernieuwbare energiebronnen in de elektriciteitsvoorziening neemt toe en grote zonnestroomcentrales of batterijopslagsystemen worden steeds zichtbaarder in de energie-industrie. Met de SMA Power Plant Manager voldoen deze decentrale energiesystemen niet alleen aan alle eisen van netbeheerders, maar zijn ze ook optimaal voorbereid op nieuwe energiemarketingmodellen.

Waar in het verleden de taak van hernieuwbare energiecentrales voornamelijk bestond uit het opwekken van goedkope en duurzame elektriciteit en deze in openbare energienetten te voeren, moeten ze nu ook voldoen aan de vereisten voor uitgebreide netondersteuning en een efficiënte integratie van energieopslagsystemen en consumenten, evenals digitale netwerken en cyberveiligheid. De SMA Power Plant Manager is gebaseerd op ennexOS, het toonaangevende IoT-platform voor sectoroverschrijdend energiebeheer, en bereidt hernieuwbare energiecentrales voor op alle vereisten voor het opwekken van gedecentraliseerde en hybride energie en flexibele energiemarketing

De SMA Power Plant Manager brengt hernieuwbare energieopwekkers samen in één systeem.

De betrouwbare besturingsapparatuur voor zonne-energieparken is verantwoordelijk voor volledige stroomopwekking en energiebeheer voor zonnestroomcentrales met of zonder batterijopslagsysteem, voor netgekoppelde grootschalige opslagsystemen, PV-dieselsystemen en voor complete micronetten (autonome netwerken). SMA batterijomvormers worden geleverd met netwerkvormende functies en zelfs typische functies van energiecentrales, zoals de ‘black start’ mogelijkheid bij zonnestroomcentrales. Daarnaast kan er ook automatische netsynchronisatie en back-up stroomvoorziening worden voorzien. Tot op heden gebruiken meer dan 300 hernieuwbare energiesystemen die groter zijn dan vijf gigawatt over de hele wereld al een SMA oplossing voor boerderijbeheer.

Flexibel energieparkbeheer

Dankzij de flexibiliteit van de SMA Power Plant Manager kan snel en betrouwbaar worden voldaan aan nieuwe individuele en projectspecifieke vereisten voor een netconforme open- en gesloten-lusbesturing van hernieuwbare energiecentrales. Deze zijn onder andere:

• Zeer dynamisch geslotenlusbeheer van actieve en reactieve stroom om te voldoen aan de wettelijke vereisten voor netaansluiting en voor een efficiënte werking van de energiecentrale
• Netondersteuning door spannings- en frequentiestabiliteit
• Energieopwekking volgens externe setpoints en/of opgeslagen karakteristieke curven
• Naleving van vooraf gedefinieerde schema’s voor actieve en/of reactieve stroom
• Nauwkeurige meting en registratie van de netstatus (spanning, stroom, frequentie, actieve/reactieve stroom, enz.) met ingebouwde meetmodules of externe meetapparatuur of stroomanalysers
• Speciale modules voor netsynchronisatie om micronetten aan te sluiten op en los te koppelen van het openbare stroomnet

De SMA Power Plant Manager is de centrale unit voor het complexe beheer van regeneratieve energiecentrales.

Nieuwe bedrijfsmodellen en marketingopties

Op de veranderende energiemarkten ligt de focus op nieuwe bedrijfsmodellen en opties voor energiemarketing. De SMA Power Plant Manager is daar perfect op voorbereid en biedt beheerders van hernieuwbare energiecentrales tal van mogelijkheden die helpen bij het optimaliseren van energiemarketing. Dankzij het intelligente energiebeheer, vooral in combinatie met de SMA batterijomvormers, kunnen betere marktprijzen worden behaald, contracten voor energievoorziening nauwkeurig worden nageleefd, netbeheerdiensten worden geleverd en dure piekbelastingen worden vermeden.

Balanceringsvermogen

Het leveren van vermogen op vraag van de netbeheerder om het net te stabiliseren, ook wel balanceringsvermogen genoemd, is een bedrijfsmodel dat al in een aantal markten wordt toegepast. De grootste Europese energiecentrale voor batterijopslag die verantwoordelijk is voor het leveren van balanceringsvermogen bevindt zich in het graafschap Hertfordshire in Groot-Brittannië. Het levert de bedrijfsreserve die nodig is voor om de frequentie te beheren en daarmee netfluctuaties te compenseren en de levering van elektriciteit aan industrie, bedrijven en huishoudens te verzekeren. 26 SMA batterijomvormers integreren het moderne batterijopslagsysteem met lithium-ion-technologie in het openbare stroomnet. De SMA Power Plant Manager beheert de energie en het energiebeheer voor dergelijke bedrijfsmodellen en optimaliseert het gebruik van de energiecentrale.

Autonome netten

In combinatie met grootschalige batterijopslagsystemen kunnen hernieuwbare energiecentrales volledige autonome netten leveren, zonder terug te moeten vallen op het gebruik van dieselgeneratoren. Zo wordt de energievoorziening van het Caribische eiland Sint Eustatius overdag grotendeels verzorgd door schone zonne-energie. Dit wordt verzekerd door het intelligente energiebeheer voor het hybride PV-dieselsysteem van SMA. Bij voldoende hernieuwbare energie schakelt het systeem automatisch de dieselgeneratoren uit. Het elektriciteitsnet wordt dan alleen gevoed door de SMA Sunny Central Storage batterijomvormers, zonder de energievoorziening van het eiland te beïnvloeden. Deze systeemfunctie garandeert maximale besparingen op brandstof en schadelijke emissies.

PV-diesel-hybride systeem op het Caribische eiland Sint Eustatius.

Black-start

SMA Power Plant Manager.

Bovendien maken hernieuwbare energiecentrales met SMA batterijomvormers black-starts van complete energiesystemen mogelijk, bijvoorbeeld na een stroomstoring. De Power Plant Manager start en bestuurt de batterijomvormers, verhoogt de spanning en synchroniseert het subnet automatisch met het voedingsnet totdat de twee netten kunnen worden aangesloten. Het is ook mogelijk om de back-upvoeding in autonome modus te gebruiken.

Verkopen

Voor beheerders van grote zonne- of hybride energiecentrales maakt de SMA Power Plant Manager het gemakkelijker om elektriciteit te verkopen. Voor winstgevende beurshandel op de korte termijn gerichte spotmarkt in day-ahead- of intraday-handel zijn nauwkeurige voorspellingen en een betrouwbare levering van de overeengekomen hoeveelheden elektriciteit onontbeerlijk. Hierdoor kunnen de best mogelijke marktprijzen worden behaald en kunnen afgesproken planningen voor de levering van hernieuwbare energie nauwkeurig worden nageleefd. De Power Plant Manager regelt de energiestromen van het systeem in overeenstemming met de vereisten en biedt verschillende opties voor aansluiting op hogere beheersystemen via gestandaardiseerde communicatieprotocollen zoals Modbus, IEC 60870-5-104 of DNP3.

Virtuele energiecentrales

Alle energiestromen visualiseren in Sunnny Portal.

De SMA Power Plant Manager integreert via zijn flexibele interfaces gedecentraliseerde, hernieuwbare energieopwekkingssystemen in virtuele energiecentrales. Momenteel worden zonnestroomsystemen, generatoren en elektriciteitsopslagsystemen ondersteund. De Power Plant Manager is al voorbereid op toekomstige uitbreiding met biogas, windenergie, warmtekrachtkoppeling of waterkrachtcentrales, evenals elektrische toestellen en power-to-gas of power-to-heat-systemen. Door gecoördineerde aansturing van de opwekkingscentrales en batterijopslagsystemen kan de energie optimaal worden verkocht en waar van toepassing ook netuitbreiding worden voorkomen.

Duidelijke visualisatie – snel overzicht – betrouwbare updates

Bewaking van een zonnestroomcentrale.

Op duidelijke dashboards en op basis van grafische evaluaties verschaft de SMA Power Plant Manager informatie over meetwaarden van de energiecentrale, instelpunten voor netbeheerdiensten en feed-in managementvereisten die in het hele systeem tot op de seconde nauwkeurig kunnen worden weergegeven en benaderd. De mogelijkheid om de onderdelen van de SMA centrale voor de hele fabriek te parametreren, bespaart tijd tijdens inbedrijfstelling en onderhoud. Alle gebeurtenissen in de centrale worden geregistreerd met een nauwkeurige tijdstempel. Hierdoor kunnen storingsoorzaken snel worden gelokaliseerd, opgespoord en verholpen. In de professionele SMA bewakingsoplossing Sunny Portal volgen beheerders van energiecentrales op elk gewenst moment via beveiligde apparaatsoftwareverbindingen ook de efficiëntie van het complete energiesysteem op overzichtelijke dashboards en met uitgebreide analysehulpmiddelen. Naast het eenvoudige beheer van het volledige portfolio van energiecentrales, is snelle technische ondersteuning van SMA experts gegarandeerd wanneer dat nodig is. Periodieke software-updates – automatisch op verzoek geïnstalleerd – bieden nieuwe functies en zorgen voor een veilige werking van de installatie.

Gesimuleerde realiteit

Met SMA Engineering Services, ondersteund door de SMA Power Plant Manager, krijgen planners van PV- en/of hybride energiecentrales de best mogelijke hulp bij het plannen van een installatie of het ontwerpen van een systeem – onder meer door het aanbieden van simulatiemodellen (bijv. PSCAD, PSS/E). Deze geven een 1:1 weergave van hoe de toestellen in werkelijkheid zullen werken. Dit wordt mogelijk gemaakt door de broncode van de apparaatsoftware rechtstreeks in de modellen in te bedden. Hierdoor kunnen alle parameters van de toestellen exact worden weergegeven en ingesteld. Zo kan het elektrische gedrag van de energiecentrale op het punt van gemeenschappelijke koppeling nauwkeurig worden voorspeld en individueel worden geoptimaliseerd. Hierdoor kunnen risico’s bij de uitvoering van het project en bij acceptatie van de installatie vooraf aanzienlijk worden verminderd.

Uniek experiment

Een spannend voorbeeld van een noodstroomvoorziening die hernieuwbare energiecentrales kunnen leveren, is een experiment dat vorig jaar werd uitgevoerd in de Noord-Duitse gemeente Bordesholm. Afgelopen december was Bordesholm de eerste stad in Duitsland die zich een uur lang volledig loskoppelde van het openbare elektriciteitsnet. Gedurende deze tijd was de elektriciteitsvoorziening uitsluitend afhankelijk van hernieuwbare energiebronnen van zonnestroominstallaties, biomassacentrales, warmtekrachtcentrales en van het batterijopslagsysteem. De door SMA geleverde besturingsapparatuur voor zonne-energieparken regelde alle energiestromen en regelde probleemloos de frequentie en spanning zowel voor als na de omschakeling onder belasting en dit alles zonder enige invloed op de energievoorziening van de belastingen in het netgebied.

Begin 2019 werd in Bordesholm een 10 megawatt batterijopslagsysteem met een capaciteit van 15 megawattuur in gebruik genomen door projectontwikkelaar Renewable Energy Systems (RES). Het opslagsysteem heeft als belangrijkste taak het leveren van een frequentie-insluitingsreserve, maar levert ook elektriciteit voor directe verkoop en beveiligt de elektriciteitsvoorziening in geval van een netstoring. SMA leverde het project een gecoördineerde systeemoplossing, uitgerust met autonome modus, black-start, synchronisatie en back-up-voedingsfuncties.

Eerste publicatie in het Duits in ew – Magazin für die Energiewirtschaft.