Intelligente Netze und Last Management als zentrale Elemente der zukünftigen Energieversorgung. Göran Andersson, ETH Zürich

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1 Intelligente Netze und Last Management als zentrale Elemente der zukünftigen Energieversorgung Göran Andersson, ETH Zürich energie-cluster.ch - Jahrestagung 2012

2 Schlüsselfrage Ist es möglich ein elektrisches Energiesystem mit hohem Anteil von fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen zu betreiben? Ohne die Zuverlässigkeit des Stromnetzes (Blackout) zu gefährden? Ohne Komfortverlust für die Gesellschaft? Ja, aber wir brauchen: einen starken Ausbau von Kurz- und Langzeitspeicher, inkl. Lastmanagement ein flexibles Netz und eine intelligente Netzführung noch bessere Prognosemodelle (auf lokaler Ebene) 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

3 AGENDA Technische Herausforderungen Technische Lösungen Schlussfolgerungen 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

4 Einspeisung von fluktuierenden Energiquellen (PV & Wind in Deutschland 2010) Hourly Power Infeed Profile Daily Power Infeed Profile Weekly Power Infeed Profile Monthly Power Infeed Profile 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

5 Die Dynamik der Windenergie July 16, am July 16, am 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

6 Die Entwicklung in Dänemark Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

7 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

8 Leistung Lösung der Herausforderungen bedeutet mehr Flexibilität Stromverbrauch: Lastkurve verändern und/oder verschieben durch höhere Energieeffizienz oder aktives Lastmanagement. Stromverbrauch = Stromerzeugung Stromerzeugung: Einspeisekurve verändern und/oder verschieben durch Kraftwerks-steuerung und/oder Speichereinsatz. Zeit 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

9 Rolle des Stromnetzes im europäischen Verbund Zu jedem Zeitpunkt zuverlässigen Stromtransport und Stabilität ermöglichen: Σ Stromerzeugung (Angebot) = Σ Strombedarf (Nachfrage) Je grösser das elektrische System, desto effizienter der Betrieb Geographischer Ausgleich zwischen einzelnen Regionen Kosten reduzieren von Angebots- und Nachfrage-Ungleichgewicht (Regelenergie) ENTSO-E Gesamtkosten von Stromerzeugung und Stromtransport reduzieren 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

10 Elektrische Leistung [in MW] Zukünftige Herausforderung für das europäische Stromnetz Beispiel: Die Schweiz Fluktuierende Einspeisung: Strommangel/-überfluss, Leitungskapazitäten? Stromüberfluss Strommangel Zeit [ in h] [ENTSOE 2011, EEX 2011] Beispielhaft: Skalierung mögliche Last, Wind- und PV-Einspeisung laut ETH Szenario 2050 (Juni/Juli-Woche) 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

11 Quellen für Flexibilität im elektrischen Energiesystem Flexibilitätsbedarf Konv. Kraftwerke (z.t. Biomasse/Biogas) Energiespeicher Lastmanagement Wind-/PV- Anlagen Voll verfügbare Speicher Speicher-/Pumpspeicher- Kraftwerke, Druckluft-Speicher, stationäre Batterien, u.a. Thermische Haushalts-Lasten Wärmepumpen, Boiler, Kühlschränke, u.a. Zeitabhängig verfügbare Speicher Elektrohybrid/Elektro- Autoflotten, u.a. Industrie-Lasten Aluminiumelektrolyse, Elektrostahl- und Holzstoffproduktion, u.a. 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

12 Konventionelle Kraftwerke Konv. Kraftwerke Konventionelle Kraftwerke sind nur bedingt für flexibles Management geeignet. Weniger Bandlast-Kraftwerke einsetzen: Konventionelle Grosskraftwerke wie Kohle, Laufwasserkraft, Nuklear Mehr flexibele Kraftwerke einsetzen: Moderne, kleine, auch dezentrale Kraftwerke wie Gas, GuD, WKK GuD Heizkraftwerk, Berlin-Mitte Braunkohlekraftwerk Jänschwalde, Brandenburg 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

13 Energiespeicher-Optionen Energiespeicher Batterie-Systeme Wirkungsgrad: η 85% Pumpspeicherung Wirkungsgrad: η 80% Druckluftspeicher (CAES) η 40-50% (ohne Wärmespeicher) η 65-75% (mit Wärmespeicher) Synthetisierung von Methan/Erdgas (CH 4 ) η 30-40% (Strom CH 4 Strom) Elektrolyse von Wasserstoff (H 2 ) η 40-50% (Strom H 2 Strom) Emosson (Nant de Drance) [Sterner 2009] 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

14 Aktives Lastmanagement = Kurzzeit-Energiespeicherung Ziel: Lastmanagement ohne Komfortverlust, mit Hilfe zeitlicher Verschiebung und/oder Veränderung der Lastkurve Lastmanagement Die drei wichtigsten Verbrauchergruppen für Lastmanagement Thermische Haushaltslasten Industrie-Verbraucher Lade-Management Elektro-/Elektrohybrid-Autos (in Zukunft) 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

15 Aktives Lastmanagement in der Schweiz Ausgewählte Beispiele im Grössenvergleich Lastmanagement 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

16 Aktives Lastmanagement in der Schweiz Ausgewählte Beispiele im Grössenvergleich Lastmanagement 45 Stunden 4 Stunden 1 Stunde 6 Min. 25 Min. 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

17 Beispiel: Lokales Lastmanagment von thermischen Lasten Einzelne Lasten Gesamtlast t (h) 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

18 Fluktuierende Stromerzeugung (Wind und PV) Bessere Netz-Integration der erneuerbaren Energien durch bessere Prognosegüte für Wind, PV (und Stromverbrauch) Deutsche Netzagentur (dena): «Verbesserung der Windprognose (ca.45%) bis 2020 notwendig, damit Regelenergiebedarf nicht signifikant ansteigt.» Wind-/PV- Anlagen Regelbarmachung fluktuierender Wind/PV-Einspeisung Idee: Kontrollierte Abregelung der Stromeinspeisung aus Wind- und PV- Anlagen, wenn «Stromüberfluss» droht (einige Stunden im Jahr). Regelbarmachung (Curtailment) von Wind-Einspeisung (REE Red Eléctrica de España) 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

19 Simulation Results: Predictive Power Dispatch (Case Study Germany) Simulation Period May 2010 (30% Wind, 20% PV, pumped-hydro and DSP) High Temporal Resolution T pred. = 72h, T upd. = 4h, T sample = 15min. Calculation Time 1min. 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

20 Die alte Struktur der elektrischen Energieversorgung Energiefluss Erzeugung Übertragung Verteilung Verbraucher Informationsfluss Erzeugung Verbraucher Die künftige Struktur der elektrischen Energieversorgung Energiefluss Mehr Intelligenz in den Netzen und und in der Netzführung Erzeugung Übertragung Verteilung Verbraucher Informationsfluss Erzeugung Verbraucher 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

21 Zusammenfassung Die Bedingungen eines sicheren elektrischen Energiesystems mit hohem Anteil neuer erneuerbarer sind: einen Ausbau von Kurz- und Langzeitspeicher ein aktives Lastmanagement (DSP) ein flexibles Netz und eine intelligente Netzführung noch bessere Prognosemodelle (auf lokaler Ebene) 15. Mai 2012 energie-cluster.ch - Jahrestagung

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