TY - THES A1 - Nanewortor, Xoese Kobla T1 - A concept of renewable energy plant-storage capacity sizing for integration into electrical distribution network T1 - Ein Konzept zur Größenoptimierung der Speicherkapazität von erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen zur Integration in das elektrische Verteilnetz N2 - Energy demand of continents, countries, communities and individuals will continue to increase in the phase of increasing population and improvement in the living standards of people. The attempt to meet this ever increasing demand and at the same time protect the environment has resulted in the fast growth of power generation from renewable sources of energy especially from wind through wind power plants and solar through photovoltaic power plants. This growth has been facilitated by various support schemes such as feed-in-tariff scheme, feed-in-premium and quota scheme. Further growth is expected in the future. This is because of the existing support schemes and the expectation of the emergence of improved technologies for harvesting renewable energy. This development of power generation from renewable sources of energy although positive lead to some distinctive negative effects on the existing electrical network to which they are connected. These negative effects are known and well documented. The fluctuating nature of wind and solar radiation at any given location over a given period of observation is seen to translate into the power they feed into the power network. This fluctuating infeed requires more active management of the network by system operators so as to ensure continuous reliable power generation and delivery. Sometimes the management process lead to non-utilization of power produced by the renewables sources. Secondly, expansion and reinforcement of some existing networks are needed in other to accommodate renewable power generators. These come at a cost. Many studies and researches have been dedicated to finding solutions to these issues. This work agrees with the use of storage systems as means of solving these issues but the question that remains unanswered is what the optimal way is. There is also a further push given to the view of installing renewable energy plants together with storage systems as a unit in this work. The main task presented in this work, however, is a concept of sizing renewable energy plant and storage systems as a unit. The resulting renewable energy plant-storage unit has the objective of supporting the electrical network to which it will be connected. Firstly the support should be by reducing the fluctuating effect from renewable production. Secondly by helping improve the load hosting capacity of the electrical network. This will be by supplying the part of the load demand leading to the reduction of the overall power drawn by connected loads from the electrical power network. Historic data of renewable resource and also the load demand at the point or bus of connection are the drivers of this concept. With the earlier mentioned objectives and random or stochastic nature of data involved, particle swarm optimization method is employed in implementing the concept of sizing to arrive at an optimal solution of required sizes of the renewable energy plant-storage system. The concept of sizing is based on proposing an ideal load demand that can be supplied by a utility under normal operating condition at all time. It follows that any extra demand should be supplied by the optimally sized renewable energy plant-storage unit. In this work sizing results of three scenarios presented. A single node network with three different types of the load was used in testing the effect of optimally sized renewable energy plant-storage system on an electrical network. The outcome of this test showed that the optimally sized renewable energy storage-system improved the ability of the test electrical network to support additional load hence load hosting capacity of test network was improved. The process required modelling and simulation all of which were carried out using MATLAB Simulink software. N2 - Der Energiebedarf von Kontinenten, Ländern, Gemeinden und Einzelpersonen wird sich mit wachsender Bevölkerungszahl und steigendem Lebensstandard auch weiterhin erhöhen. Das Vorhaben, dieser ständig zunehmenden Nachfrage gerecht zu werden und zugleich die Umwelt zu schützen, hat zum schnellen Wachstum der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen geführt. Die Nutzung von Windenergie mit Hilfe von Windkraftanlagen und von Solarenergie durch Photovoltaikanlagen ist dabei von besonderer Bedeutung. Dieses Wachstum wurde unterstützt durch verschiedene Förderregelungen wie dem Feed-in tariffs scheme, dem Feed-in Premium und der Quotenregelungen. Für die Zukunft wird eine weitere Steigerung für diesen Bereich prognostiziert. Die bestehenden Förderregelungen und die zu erwartenden Verbesserungen in den Technologien zur Gewinnung erneuerbarer Energie legen dies nahe. Diese generell positive Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen führt jedoch auch zu einigen markanten negativen Auswirkungen auf das bestehende elektrische Netz. Diese negativen Effekte sind bekannt und gut dokumentiert. Durch die über einen bestimmten Beobachtungszeitraum durchgeführte Aufzeichnung der fluktuierenden Charakteristik von Windgeschwindigkeiten und Sonneneinstrahlung kann für einen beliebigen Ort die entsprechende in das Stromnetz eingespeiste Energiemenge bestimmt werden. Diese zeitlich variierende Einspeisung erfordert in höherem Maße eine aktive Überwachung bzw. Steuerung des Netzes durch die Netzbetreiber um die kontinuierliche zuverlässige Stromerzeugung und -lieferung zu gewährleisten. Der Steuerungsprozess führt in einigen Fällen zur Nichtnutzung des durch erneuerbare Energien erzeugten Stroms. Des Weiteren wird die Erweiterung und Verstärkung einiger bestehender Netze benötigt um weitere erneuerbare Energieerzeuger einzubinden. Dieser Ausbau verursacht Kosten. Viele Forschungsstudien arbeiten an den Lösungen für diese Herausforderungen. Das Ergebnis dieser Arbeit bestätigt die Verwendung von Speichersystemen als ein Mittel zur Lösung der aufgeführten Probleme, beantwortet jedoch nicht die Frage nach dem optimalen Weg. Die Installation von Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie und deren Kopplung mit Speichersystemen wird in der Arbeit aufgegriffen. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf einem Konzept zur Dimensionierung der Einheit aus erneuerbaren Energieanlagen und Speichersystemen. Die sich daraus ergebende erneuerbare Energieanlage-Speicher-Einheit hat das Ziel, das mit ihr verbundene Stromnetz zu unterstützen. Dies wird erstens durch die Reduzierung des fluktuierenden Effektes der erneuerbaren Energie-Produktion und zweitens durch die Verbesserung der Netzkapazität erreicht. Dieses geschieht indem ein Teil der benötigten Energiemenge durch angeschlossene Speicher bereitgestellt wird, wodurch der Leistungsbezug aus dem Stromnetz reduziert wird. Historische Daten der erneuerbaren Energiequellen und auch der Energienachfrage an Verbindungspunkten oder –leitungen sind grundlegend für dieses Konzept Mittels den zuvor genannten Angaben und dem Einsatz zufälliger oder stochastischer Daten, sowie der Anwendung der „particle swarm“-Optimierung, welches ein stochastisches Verfahren ist, kann ein Konzept zur Berechnung der optimalen Lösung der erforderlichen Größen des REP-S-System erlangt werden. Das Konzept der Optimierung basiert auf der Annahme eines idealisierten Energiebedarfs unter normalen Betriebsbedingungen. Diese Daten können vom Energieversorger bereitgestellt werden. Weiterer Energiebedarf soll durch die optimale Größe der REP-S-Einheit geliefert werden. In dieser Arbeit werden Sizing-Optimierungs-Ergebnisse von drei Szenarien dargestellt. Ein einzelnes Knotennetz mit drei verschiedenen Arten des Energiebedarfes wurde genutzt um die Wirkung der optimierten Größe des REP-S-System auf ein elektrisches Netz zu prüfen. Das Ergebnis dieses Tests zeigte, dass die optimale Größe des REP-S-Systems die Fähigkeit des Testnetzes zusätzlichen Bedarf zu auszugleichen steigert und somit die Kapazität des Testnetzes verbessert wurde. Unter Verwendung von MATLAB Simulink-Software wurden die für den Prozess notwendigen Simulationen und Modellierungen durchgeführt. KW - Storage sizing KW - Load hosting capacity KW - Particle swam optimization KW - Renewable energy KW - Lastaufnahmekapazität KW - Partikelschwarmoptimierung KW - Windkraftanlage KW - Erneuerbare Energie KW - MATLAB Simulink KW - Elektrizitätsversorgungsnetz KW - Erneuerbare Energien KW - Windkraftwerk KW - Partikel-Schwarm-Optimierung Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39437 ER -