ETG Energietechnische Gesellschaft im VDE
Transcript of ETG Energietechnische Gesellschaft im VDE
1Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
ETGEnergietechnische Gesellschaft im VDE
2Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
ETGEnergietechnische Gesellschaft im VDE
Smart Grids
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schröppel
3Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Inhalt
1. Herausforderung: Senkung des Primärenergie-verbrauchs
2. Integration von Erzeugung und Verbrauch
3. Virtuelle Kraftwerke
4. Lastmanagement
5. Perspektive: Smart Grid
4Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Innerhalb von 10 Jahren ist:
der Rohölpreis um über 21 (32)% pro Jahr(!)gestiegen,
die Teuerungsrate in Deutschland aber nur um 1,5%/a.
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160Entwicklung des Rohölpreis in $/Barrel
Ölpreis
Am 16.10.09 wurde der Ölpreis an der New Yorker Börse mit 77,33 $/Barrel gehandelt nach einem historischen Hoch im Juli 2008 von über 135 $/Barrel.
5Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Über 60% der eingesetzten Primärenergie gehen „verloren“durch Verluste und Eigenver-brauch
Davon jeweils die Hälfte- im Umwandlungsbereich- im Verbrauchersektor
Die Industrie verbraucht 17,3% der eingesetzten Primärenergie
Quelle: BWK Bd. 58 (2006) Nr.1/2
Energiebilanz 2005 in Deutschalnd
6Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Beste Schätzung für das
niedrige Szen-ario (B1 ) ist 1.8°C (wahrscheinlicher Bereich ist 1.1°C to 2.9°C),
und für das hohe Szenario (A1F1) 4.0°C(wahrscheinlicherBereich ist 2.4°C to 6.4°C).
Szenarien für die Entwicklung der Erdoberflächentem peratur
A1F1 fossil intensiveB1 clean and resource efficient technologies
Quelle: IPCC Intergouvernmental Panel on Climate Change der UN
7Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Entwicklung des Stromverbrauch in der Vergangenheit
Quelle: BWK 57 (2007) Nr.5
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1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Endenergieverbrauch in Deutschland (Strom) in TWh
0,86 %/a
0,67 %/a
8Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Stromverbrauchsentwicklung in Deutschland in Zukunf t (2 Varianten)
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Stromverbrauchsprognose bis 2015 resp. 2025 in TWh(F3+F6a)
IST
heutiger Trend
"Prognose 1"
"Prognose 2"
Quelle: VDE Studie: Effizienz- und Einsparpotenziale elektrischer Energie in Deutschland, 2008
9Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Inhalt
1. Herausforderung: Senkung des Primärenergie-verbrauchs
2. Integration von Erzeugung und Verbrauch
3. Virtuelle Kraftwerke
4. Lastmanagement
5. Perspektive: Smart Grid
10Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Wärmepumpe
Bidirektionaler Strom-fluss möglich!
Fluktuierende Einspeisung
KühlschrankElektroauto
Die Integration von Erzeugung und Verbrauch verlang t einen Gesamtansatz ����Smart Grids
Es muss zu jeder Zeit gelten:Erzeugung = Verbrauch !
Antriebe
Konstante Einspeisung Energiehandel
11Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Beispiel:Dänemark – Paradigmenwechsel von 1985 - 2005
Quelle: A*STAR Energy Technology R&D Program, Prof Ho Hiang Kwee Program Director, 31.8.2007
12Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Inhalt
1. Herausforderung: Senkung des Primärenergie-verbrauchs
2. Integration von Erzeugung und Verbrauch
3. Virtuelle Kraftwerke
4. Lastmanagement
5. Perspektive: Smart Grid
13Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Virtuelles Kraftwerk
Flexible Loads
“Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Cluster von verteilten Erzeugungseinheiten (wie z.B. kleine Blockheizkraft-werke, Mikroturbinen, kleine Wasserkraftwerke, Brennstoffzellen, u.a), welche gesteuert durch eine zentrale Steuereinheit im Verbund zusammen-arbeiten.
Source: Wikipedia
Block-typeHeating Power
Plant
Biomass Power Plant
Fuel Cells
Wind PowerPlants
Decentralized EnergyManagement System
Distributed SmallFuel Cells
Network ControlSystem
MeteorologicalService
EnergyExchange
Mod.
Z
Mod.
ZMod.
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Meter Reading
Distributed Loads
Mod.
Z
Mod.
Z
Mod.
Z
PV PowerPlants
G
G
CommunicationNetwork
DataConcentrator
Billing
14Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Herausforderung
Die rote Fläche liefern die 20.000 Windkraftwerke die über ganz Deutschland verteilt, die grüne Fläche muss durch andere Erzeuger beigesteuert werden.
15Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Inhalt
1. Herausforderung: Senkung des Primärenergie-verbrauchs
2. Integration von Erzeugung und Verbrauch
3. Virtuelle Kraftwerke
4. Lastmanagement
5. Perspektive: Smart Grid
16Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Kommunikation heute und in Zukunft
ÜN ÜbertragungsnetzVN Verteilnetz US UnterstationLS LeitstelleVKW virtuelles Kraftwerk
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ÜN LS
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heute morgen
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VN LS
US LS
VKW LS
1. Einheitliche Kommunikation auf allen Ebenen
2. Kommunikation geht bis in das Verteilnetz und bis zum Kunden
► Die erweiterte Kommunikation Ist Voraussetzung für virtuelle Kraftwerke und Smart Grids
17Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Marktteilnahme des Stromkunden
� Der Stromkunde wird über intelligente Zähler mittel s dynamischer Tarife (Smart Metering) in den Strommarkt eingebunden und bekommt ein Interesse, Lasten in die Zeit mit niedrigem Tarif z u verlagern.
18Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Smart Metering ist Voraussetzung für die Marktteilnahme des Stromkunden
ErfassungDynamische Tarife
MarktAbrechnung
HausautomatisierungGeräte
19Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Inhalt
1. Herausforderung: Senkung des Primärenergie-verbrauchs
2. Integration von Erzeugung und Verbrauch
3. Virtuelle Kraftwerke
4. Lastmanagement
5. Perspektive: Smart Grid
20Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Dezentrale Energieversorgung und was bedeutet sie?
Erzeugung vorrangig verbrauchernahSteuerbare und nicht steuerbare Erzeugungssysteme, mit und ohne erneuerbare EnergienNutzung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zur Effizienzsteigerung Wärmenutzung direkt oder indirekt über NahwärmenetzeElektrische Anbindung über das Nieder- oder Mittelspannungsnetz (bis zur 30-kV-Ebene)
MSNS
x xx xx
G G
MSNS
x xx xx
G GG
GG
G
G
G G
BHKWG
21Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Optimierung der Bedarfsstruktur durch Bündelung der Nachfrage
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Elektrische Leistung Thermische Leistung
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1 2 5 10 100Anzahl der Haushalte
El.
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W/H
H
Lastganglinie eines Haushalts Lastsenkung durch Nachfragebündlung
Durch Zusammenschaltung von mehreren Verbrauchern entsteht eineVergleichmäßigung des Energiebedarfs und Verringerung des Leistungs-bedarfs.Durch Kombination mit Büros und Gewerbe weitere Optimierung möglich!
22Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Verbrennungsmaschine⇒ Gesamtwirkungsgrad:
Benzin: 18%,Diesel: 22%
Elektromaschine⇒ Gesamtwirkungsgrad: 38%
0 20 40 60Effizienz in %
+ 20%
Benzin-auto (18%)
Elektroauto(38%)
Gasturbinenkraftwerk (58%)
Verbrennungsmotor vs. Elektromotor
Übertragungsverluste: 4%
Batterieverluste (Li-Ionen): 14%
Verluste des Antriebs: 20%
Verbesserung der Effizienz:Beispiel: Elektroauto
23Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Gastherme⇒ Gesamteffizienz: 100%
Strom getriebene Wärmepumpe⇒ Gesamteffizienz: 193%
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Effizienz
Gastherme(100%)
Strom getriebene Wärmepumpe mit einem Wirkfaktor 3.5 (193%)
GT-Kraftwerk (58%)
Übertragungsverluste: 4%
+ 93%
Verbesserung der Effizienz:Beispiel : Wärmepumpe
Beispiel einer kommerziellen WärmepumpeEffizienzvergleich
24Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Aufbau eines Gesamtsystems = zentral + dezentral !
ZentralTraditionelle Kraftwerke, Offshore-Windenergie, Speicherkraftwerke,ÜbertragungsnetzVerteilungsnetz
DezentralDezentrale ErzeugungssystemeMicrogridsSteuerbare Verbraucher
Beiträge der dezentralen Erzeugung für das GesamtsystemLieferung von Regelleistung durch virtuelle Kraftwerke Beteiligung an der Netzregelung zum Ausgleich dargebotsabhängiger Erzeuger (z.B. WKA)Lastgangoptimierung durch Beeinflussung des Verbraucherverhaltens über DMSVerstärkte Nutzung regenerativer Energie, z. B. Biomasse
Zukünftige Versorgungssysteme werden eine Mischung aus zentraler und dezentraler Erzeugung sein:
25Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
The Smart Grid Landscape
SmartGeneration
Smart Grid
OffshoreWindkraftanlagen
Fernsolar-erzeugung
Verteilte Erzeuger
HGÜ &FACTS
Unterstations-automatisierung,
Schutz
Zustand-überwachung
Verteilnetz-automatisierung
SmartMeters
Industrie & Gewerbe
Haushalte
Elektroauto
Übertragungsnetz Verteilnetz
Schutz der Systemintegrität
Übertragungsnetz-automatisierungs-
System
AssetManagement
Verteilnetz-automatisierungs-
System
Zähler DatenManagement
SmartConsumption
Elektroauto
� Zählerablesung� Call Center� SCM� ...
Quelle: Siemens AG
Smart Grid = intelligente, umfassende Steuerung des Gesamtsystems durch eine Vielzahl von Funktionen
26Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Vision zukünftiger Energienetze
Erzeugung
C
C
C
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C C
C
C
C
C
C
CCA
CC
CC
CC
CC
CC CC
CC
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CC
CC
CC
CCCACA
CA =CA = Cell Agent
Virtuelles Kraftwerk
Speicher
Cell
C
C
C
C
C C
C
C
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C
CCA
CC
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CC CC
CC
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GG
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CCA
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GG
GG
CA
GGGG
AC/DC Autobahnen
GG
DCAC
GG + =SS CC+ SLLast
Quelle: Siemens AG
Micro Grid Smart Grid Super Grid
27Energiewerk Stiftung, München, 19.10.2009
Zusammenfassung
Strom wird immer mehr zur Energieform der Wahl.
Die verschiedenen Erneuerbaren Energien müssen über die elektrischen Netze effizient und intelligent integriert werden.
Dabei müssen Erzeugung, Verteilung und Verbrauch der elektrischen Energie in der Zukunft wesentlich enger zusammenwirken als in der Vergangenheit.
Das Bindeglied ist das „intelligente Netz = intelligente Steuerung“
Die Geschwindigkeit der Implementierung von Smart Grids kanndurch Anreize beschleunigt werden.
Die Regulierung muss dazu den Investoren aber auch die notwendigen Spielräume lassen.