In diesem Artikel beschreiben Amandine Martins von Reuniwatt, Bruno Daugrois von Naldeo Technologies & Industries und Amélie Belfort von Synergîle PV + Speicherlösungen mit Solarstromprognose für ZNIs am Beispiel einer 986 kWp Photovoltaikanlage auf dem Dach eines Einkaufszentrums auf La Réunion, gekoppelt mit einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer Speicherkapazität von 1.200 kWh.

Sogenannte “Zones non interconnectées au réseau métropolitain continental” (ZNI) sind Regionen, die nicht oder nur eingeschränkt an das kontinentale Stromnetz Frankreichs angeschlossen sind. Dies gilt insbesondere für Korsika, sowie die Übersee-Departements und französische Regionen (Guadeloupe, Réunion, Mayotte, Martinique, Französisch-Guayana), wie auch Inselgruppen (Saint-Pierre-et-Miquelon, Wallis und Futuna) und die Kanalinsel von Chausey.

Diese Gebiete verfügen über kleine Stromsysteme (50 GWh – 3000 GWh) und weisen klimatische und geografische Besonderheiten auf, die große Herausforderungen für den massiven Ausbau erneuerbarer Energien und für die Stabilität ihrer Stromnetze mit sich bringen. Derzeit produzieren die ZNI hauptsächlich Strom durch die Umwandlung importierter fossiler Brennstoffe.

Das Gesetz zur Energiewende für grünes Wachstum hat es ermöglicht, über eine mehrjährige Energieprogramme (PPE) eine an jedes ZNI angepasste Energiepolitik festzulegen, die ein starkes lokales Managementinstrument darstellt, mit dem gemeinsamen Ziel der Energieautonomie dieser Gebiete im Jahr 2030 .

Die ZNI werden eine starke Veränderung ihres Stromverbrauchs erfahren, deren drei Hauptursachen sind: Bevölkerungswachstum oder -rückgang, der Anstieg des Anteils von elektrischen Haushaltsgeräten (insbesondere Klimaanlagen), aber auch die Entwicklung von Elektrofahrzeugen abgestimmt auf die Größe der Gebiete und entsprechend deren Nutzung.

Der starke Ausbau der asynchronen Energien, hauptsächlich bestehend aus Windkraft und Photovoltaik, wird die Versorgung in diesen Gebieten bis 2030 stark beeinflussen. Projekte zur Integration erneuerbarer Energien müssen dabei ausgereifte Technologien einsetzen zu müssen, sei es, um die öffentlichen Ausgaben zu reduzieren oder um die Sicherheit des Stromnetzes zu gewährleisten [1].

Die Modellierung der Produktionsanlagen und der Randbedingungen, die einen sicheren und stabilen Betrieb dieser Projekte gewährleisten, werden daher als Katalysator für die Energiewende in den ZNI gesehen.

Fokus auf La Réunion

Auf La Réunion produzieren erneuerbare Energien zwischen 752 GWh und 1.079 GWh pro Jahr und machen seit 2000 zwischen 30,2 % und 46,7 % des Strommixes aus. 2019 lag der Anteil der Stromerzeugung aus Photovoltaik bei 8,5% [2]. Somit ist La Réunion ein Gebiet, das sich der umfassenden Nutzung erneuerbarer Energien verschrieben hat.

In diesem Zusammenhang war das Einkaufszentrum E. Leclerc auf dem Gelände von Le Portail die erste Installation auf der Insel La Réunion mit einer kombinierten Photovoltaik- und Speicheranlage. Die von Albioma betriebene Anlage Le Portail besteht aus einem 986 kWp Photovoltaik-Kraftwerk, das auf dem Dach des Einkaufszentrums installiert ist, gekoppelt mit einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer Speicherkapazität von 1200 kWh.

Das Kraftwerk Le Portail muss ein trapezförmiges Tagesleistungsprofil einhalten, das die maximale gelieferte Leistung vorgibt, um die Anforderungen für die ZNI zu erfüllen. Aufgrund der Lage mitten im Indischen Ozean kann die Sonneneinstrahlung an diesem Standort jedoch im Tagesverlauf stark variieren, was einen großen Einfluss auf die Sonneneinstrahlung und damit auf die Stromproduktion der Photovoltaik-Module hat. Albioma hat sich auch für ein Energiemanagementsystem (EMS – Energy Management System) und eine Prognoselösung entschieden, um das Niveau der Energieproduktionsverpflichtung zu definieren und die in die Anlage integrierten Produktionsressourcen zu verwalten.

Das Energy-Management-System (EMS)

Das Energiemanagementsystem (EMS) ermöglicht es, einerseits das ertragsmaximierende Produktionsengagement des Kraftwerks zu ermitteln und andererseits bestmögliche Schlichtungen in Echtzeit zur Steuerung des Kraftwerks durchzuführen. Mehrere Stunden im Voraus wird vom EMS eine trapezförmige Produktionsvorlage festgelegt und dem Netzbetreiber bekannt gegeben. Weiterhin werden jede Viertelstunde die Anweisungen des Photovoltaik-Kraftwerks und der Batterien neu berechnet, um deren Verhalten mit den Flexibilitäten rund um die Vorlage an die notwendigen Unterschiede zwischen ihrem Prognose- und Ist-Zustand anzupassen.

Diese Entscheidungen basieren auf Wettervorhersagen, die es ermöglichen, den verfügbaren Solarstrom zu progonstizieren. Diese Vorhersagen, kombiniert mit numerischen Modellen, ermöglichen es, das Verhalten der Photovoltaikanlage und des Energiespeichers vorherzusagen und auf verschiedenen Ebenen zu maximieren: Maximales Ausnutzen der verfügbaren Solarenergie, Vermeidung von mit Strafen im Falle von Nicht-Einhalten der Vorlage, Vermeidung unnötiger Speicherzyklen, Batterien in akzeptablen Ladezuständen zu halten usw.

Die Kombination von Wettervorhersagen und fortschrittlichen Energiemanagementstrategien ermöglicht es somit, Entscheidungen in Echtzeit zu treffen, die die technischen und vertraglichen Einschränkungen der Anlage berücksichtigen und deren Auswirkungen auf den Betrie im Verlauf des Tages antizipieren.

Das Kraftwerk Le Portail ist ein Vorreiter dieser Art von Projekten. Die kürzlich von der CRE gestarteten Ausschreibungen bewerten die Prognosekapazität des EMS/Solarstromprognose-Kopplung noch höher, da sie eine Prämie für die Einspeisung von Strom nach Sonnenuntergang in Zeiten hoher Nachfrage bieten. Die Herausforderung besteht hierbei darin, die Batterien tagsüber vollständig aufzuladen, um abends eine hohe Produktion aufrechterhalten zu können. Tagsüber sucht das EMS somit nach einem Kompromiss zwischen der Einhaltung der Vorlage und dem Aufladen der Batterien für die Stromversorgung des Netzes am Abend. Prognosen liefern wichtige Informationen, um die richtige Balance zu finden.

Solarstrompronose-Lösungen

Die Prognosen sind in das EMS integriert, das die notwendigen Analysen durchführt, um das erforderliche Leistungsprofil in das Netz einzuspeisen. Auf dieser Anlage geschieht das dank einer Kombination von drei Prognosediensten mit unterschiedlichem Zeithorizont von 15 Minuten bis zu mehreren Tagen im Voraus:

  • Die Day-ahead Prognose (6 Stunden bis 24 Stunden im Voraus) verwendet numerische Wettervorhersagemodelle. Damit kann eine Zusage nach den Regeln des Netzbetreibers für die nächsten 24 Stunden erfolgen.
  • Die Intraday-Prognose (von 15 Minuten bis 6 Stunden im Voraus) verwendet insbesondere Satellitenbilder, um die Bewegungen der Wolken vorherzusagen und die Sonneneinstrahlung über dem Gebiet daraus zu berechnen. Dadurch ist es möglich, einen untertägigen Ausgleich von Angebot und Nachfrage durchzuführen und auf Seiten des Netzbetreibers bei Bedarf rechtzeitig Backup-Anlagen in Betrieb zu nehmen.
  • Die Intra-hour Prognose (von 1 Minute bis 30 Minuten im Voraus) basiert auf der Beobachtung des Himmels mittels einer Himmelskamera. Insbesondere ermöglicht sie die Optimierung der Batterielebensdauer durch die Begrenzung von Mikrozyklen (schneller Wechsel zwischen Ladungen und Entladungen in Verbindung mit einer kurzen und plötzlichen Änderung der PV-Produktion).

Das Modell „PV-Anlage + Energiespeicher“ – ein Treiber des Energiewandels

Das Modell „PV-Anlage + Energiespeicher“ mit Solarstromprognose entstand aus einer ambitionierten Planung zur Maximierung des Anteils erneuerbarer Energien am Energiemix der ZNI. Dieses Modell wurde erfolgreich umgesetzt, insbesondere in Gebieten mit mehreren erschwerten Bedingungen wie die beschränkte Verfügbarkeit von Bauflächen, Fragilität der Stromnetze, Extremwetterereignisse, komplexes Klima vor Ort usw. Die Leistungsfähigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit dieses Anlagentyps hängt insbesondere von der Qualität der Prognosen und der Leistungsfähigkeit des EMS ab. Diese intelligenten Systeme ermöglichen es, die ins Netz eingespeiste Energie zu maximieren, Strafen (bei Nichteinhaltung der Vorlage) zu minimieren und die Alterung von Speicherbatterien zu verlangsamen. In einer „Smart Grid“-Logik ist es möglich, dieses Modell in größerem Maßstab nachzubilden, indem mehrere Photovoltaikanlagen und Energiespeicher vorhanden sind: Informationsnetzwerke sind dann notwendig, um den aktuellen Zustand der Produktionsressourcen zu kennen, die Produktionsprognose für jedes der Kraftwerke ermöglicht dann das Steuern der Flexibilitätshebel.

Dieser Artikel erschien ursprünglich im pv magazine France (26/07/2021).

Über Reuniwatt (www.reuniwatt.com)

Reuniwatt ist eine global tätige Firma im Bereich Energiemeteorologie und Leistungsprognose. Auf Basis fundierter Forschungsarbeit bietet die Firma zuverlässige professionelle Dienstleistungen für unterschiedliche Anwendungen und vereint dabei umfassenden Kenntnisse aus den Bereichen Meteorologie, Atmosphärenphysik und Data Sciences, Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Leistungsprognose für Solaranlagen und der Entwicklung der neuesten Technik zur Verbesserung der kurzfristigen Vorhersage von Einstrahlungsdaten. Reuniwatt nimmt einen Spitzenplatz in Europa im Bereich Innovation ein und wurde mehrfach prämiert, u.a. durch das H2020’s SME Phase 1 Förderprogramm. Reuniwatt wurde zudem im Januar 2020 ausgewählt, am renommierten French Tech 120-Programm für aufstrebende Unternehmen teilzunehmen.