Smart Grids zur Sicherung und als Basis für Elektromobilität

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1 Hessen-Agentur IKT in der Elektromobilität Darmstadt, Smart Grids zur Sicherung und als Basis für Elektromobilität SEITE 1

2 Agenda Regionalversorger Süwag Energie AG Strukturwandel mit Erneuerbaren Energien Elektromobilitätsinfrastruktur Projekte: Erneuerbare Smart Grid - E-Mobilität natürliche Partner SEITE 2

3 Wir sind, wo Sie sind. Neuwied Lahnstein Runkel Idstein Bad Homburg Frankfurt am Main Karlstein Bammental Pleidelsheim Ludwigsburg KENNZAHLEN Netzgebiet km 2 Städte/Kommunen 341 LEGENDE Standorte Süwag Energie AG Region Nord Region Mitte Region Süd Betreuungsbereich 380/220-kV für Amprion und 110-kV für RWE Deutschland AG Achern SEITE 3

4 Die Gesellschaften der Süwag-Gruppe Süwag-Gruppe Süwag Energie AG Süwag Netz und Netzservice GmbH Süwag Erneuerbare Energie GmbH Süwag Kundenservice GmbH Süwag Wasser GmbH Süwag Beteiligungs GmbH SEITE 4

5 Clevere Ideen für die Regionen. Wir setzen auf Erneuerbare Energien und machen (elektro-)mobil > Wir bauen die Lade-Infrastruktur auf > Wir beliefern diese mit Strom aus 100% erneuerbaren Energien > Wir produzieren Strom ausschließlich regenerativ oder in dezentralen Energieerzeugungsanlagen > Wir bauen einen Elektro-Fuhrpark auf auch für den Praxistest in den Kommunen > Wir integrieren Elektromobilität in das intelligente Verteilnetz SEITE 5

6 Agenda Regionalversorger Süwag Energie AG Strukturwandel mit Erneuerbaren Energien Elektromobilitätsinfrastruktur Projekte: Erneuerbare Smart Grid - E-Mobilität natürliche Partner SEITE 6

7 Der Strukturwandel hat begonnen Photovoltaik ist der stärkste Treiber > Die Verteilnetzbetreiber der RWE Deutschland AG haben bis Ende 2010 insgesamt ca Anlagen (Süwag-Netz: ) zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien an das Stromnetz angeschlossen, davon alleine in Anlagen > 95% (99%) davon entfallen auf Photovoltaik > Die insgesamt 2010 installierte EEG 1 -Leistung im Verteilnetzgebiet der RWE Deutschland AG erhöht sich um 22% auf Megawatt ( 40% auf 313 MW) (2009: ~9.800 MW (324 MW) bzw. ca. 7% der deutschen Kraftwerkskapazität 2. > Die daraus resultierende Stromeinspeisung beträgt 18 Milliarden Kilowattstunden 3 bzw. 3% der deutschen Netto-Stromproduktion 4. 1) EEG = Erneuerbare Energien Gesetz 2) Quelle: RWE AG, Facts to Go, Ausgewählte Stromdaten Ausgabe Juli ) 18 Mrd. kwh entsprechen dem Jahresverbrauch von rund 5 Mio. Haushalten 4) Quelle: RWE AG, Facts to Go, Ausgewählte Stromdaten Ausgabe Juli 2011 (in Klammern: Daten der Süwag Energie AG) SEITE 7

8 Antworten auf den notwendigen Strukturwandel Zukünftig veränderte Anforderungen durch dezentrale Erzeugung Übertragungsnetzebene Räumliche und zeitliche Trennung von Produktion und Verbrauch haben Auswirkungen auf Übertragungsnetzebene und Verteilnetzebene Verteilnetzebene Dieser Strukturwandel erfordert umfangreiche Maßnahmen: Investitionen in Netzverstärkungen und Neubauten Flexibler Einsatz konventioneller und Entwicklung virtueller Kraftwerke Intelligente Netzsteuerung in smart grid und smart home Energiespeichrung, u.a. Elektromobilität SEITE 8

9 Der Weg zum smart grid Komplexe Herausforderungen durch veränderte Anforderungen auf Verteilnetzebene 1 Angebotsvielfalt 2 Automatisierung 3 Verbraucher Zunehmende dezentrale und schwankende Erzeugung und deren Integration in das Gesamtsystem unter Aspekten der Nachhaltigkeit und Versorgungssicherheit Intelligente und multi-direktionale Kommunikationswege zwischen Netzbetreibern und Konsumenten notwendig Zukünftig wird der Stromkunde aktiv in den Energiemarkt eingreifen Zentrale Rolle als "Prosumer 1 " Wandel der Stromnetze hin zum Smart Grid 1) Prosumer = Producer + Consumer SEITE 9

10 Quantität und Qualität der Energie führen zu Schwierigkeiten > Erzeugung und Verbrauch passen zeitlich nicht zueinander > Die Netze unterliegen daher extremen schwankenden Belastungen > Die Spannung schwankt zunehmend in kritische Bereiche Erzeugung Speicherung Entladung Verbrauch Zeit Quelle: N-ergie AG SEITE 10

11 Durch Photovoltaik vom "Versorger" zum "Entsorger Ausspeisung Einspeisung Szenario: Residuallast für einen Sommertag 20301: > Eine erhöhte Stromeinspeisung durch PV-Anlagen2 erfordert zukünftig einen stetigen Aufbau von flexiblen dezentralen Speicherkapazitäten vor Ort > Theoretisch stehen dafür heute im Wesentlichen nur Pump- und Druckluftspeicher zur Verfügung 1) Quelle: RWTH Aachen, Institut für Hochspannungstechnik, in Anlehnung an BMU Leitstudie, Szenario mit ca. 42 GW Photovoltaik 2) PV = Photovoltaik Süwag Energie AG IKT in der Elektromobilität Darmstadt SEITE 11

12 Beanspruchung der Spanungsqualität >Durch hohe Einspeisung steigt die Spannung so an, dass sie herunter geregelt werden muss >Bei hoher Last sinkt die Spannung und muss hoch geregelt werden SEITE 12

13 Schwierigkeiten der Einspeisung im Verteilnetz Aus einem kleinen Energieverbraucher wird ein großer Energieerzeuger Quelle: Siemens AG SEITE 13

14 und die intelligente Lösung Smart Home Quelle: Siemens AG SEITE 14

15 Intelligente Netze bilden die Plattform für innovative Energiedienstleistungen Smart meter Erzeugung Trading MUC Intelligente Netze > Übertragungsnetze > Verteilungsnetze > Wärmenetze Transit IKT Speicherung MUC = Multi Utility Communication IKT = Informations- und Kommunikationstechnik SEITE 15

16 Gesteuertes Laden für mehr Netzstabilität das geht schon heute RWE-Ladesysteme verfügen über bidirektionale Kommunikation und ermöglichen damit den Informationsaustausch zwischen Fahrzeug, Ladesäule und Stromnetz-Steuerung. Das zentrale RWE Infrastrukturmanagement-System ist Daten-Sammelpunkt und Schnittstelle zwischen Stromnetz-Steuerung und Ladepunkten. Anders als die Haushaltssteckdose können RWE Ladesysteme durch Schnelllade- Technik (11 50 kw) größere Strommengen in kurzer Zeit transportieren. SEITE 16

17 Agenda Regionalversorger Süwag Energie AG Strukturwandel mit Erneuerbaren Energien Elektromobilitätsinfrastruktur Projekte: Erneuerbare Smart Grid - E-Mobilität natürliche Partner SEITE 17

18 Welche Lade-Infrastruktur braucht Deutschland für Elektrofahrzeuge? Die Infrastruktur-Zielsetzung der Nationalen Plattform Elektromobilität HEIMLADUNG ( Ladepunkte in 2014 nötig)* DC- SCHNELLLADUNG (250 Ladepunkte in 2014 nötig) INFRASTRUKTUR-PARTNER (Firmenparkplatz) ( Ladepunkte in 2014 nötig) INFRASTRUKTUR-PARTNER (Öffentlich/halböffentlich) ( Ladepunkte in 2014 nötig) Quelle: NPE SEITE 18

19 Komplettlösungen aus einer Hand erfüllen alle Anforderungen Ladetechnik für jeden Bedarf. Alle Services. Einfach Intelligent Installation und Wartung Sehr schnell Combi- Station Kunden-Authentifizierung per RFID, Plug & Charge, Direct Payment Schnell Easy- Station Smart- Box/ Station Data Management Contract Clearing Abrechnung Langsam Easy- Box Eco- Box Logo Lastmanagement Smart Grid Integration SEITE 19

20 Das Technologiekonzept zum intelligenten Laden GSM VDEnormierter Stecker IT Anbindung (RWE Control Center) > Systemmanagement > Abrechnung des Ladevorgangs PLC > Roaming International anerkanntes Systemangebot mit rund 30 Schutzrechtsanmeldungen > Schnelles Laden auf Wechselstrombasis (AC) > 3-phasig, 400V, bis zu 64 A, bis zu 44kW > Automatische Kundenerkennung über intelligentes Ladekabel (Plug & Charge) > Alternativ per RFID-Modul (Kundenkarte) oder Smartphone (SMS, Nearfield Communication) > Freischaltung Ladespannung > Bidirektionale Kommunikation für batterieschonendes Laden > Management der Ladeleistung an der Station abhängig von Netzlast und Stromverfügbarkeit (Smart Grid-Fähigkeit) > Kommunikation GSM: Global System for Mobile Communications PLC: Powerline Communication > Vorbereitung informationsbasierter Mehrwertdienste, z.b. Datendownloads aus Internet in Fahrzeug-Infotainment SEITE 20

21 Über 1250 intelligente Ladepunkte in Europa 30 MW smart grid ready Die RWE Ladepunkte und ihr Smart Grid-Potenzial Erneuerbare Energie Erzeuger DK(2) NL(186) BE(2) DE(980) PL(22) LU(4) FR(2) CH(4) AT(50) SI(2) HR(3) SK(4) HU(5) SRB(4) BG(2) > 1250 intelligente Ladepunkte mit jeweils 22 kw oder mehr Leistung > Abruf- und steuerbare Leistung von ca. 30 MW 1) > Intelligentes Lastmanagement durch Nutzung der fluktuierenden erneuerbaren Energien > 30 MW entsprechen der Leistung von 15 Onshore Windkraftanlagen à 2 MW oder 3750 PV-Anlagen auf Einfamilienhäusern mit durchschn. 8 kwp 2) > Regelenergie-Potenzial von rund 15 MW 3) 1) Bei maximaler Nutzung der Leistung durch das E-Auto 2) Absolute Betrachtung, Gleichzeitigkeitsfaktor nicht berücksichtigt 3) Annahme: 50% EVs (625) sind an die Ladeinfrastruktur angeschlossen, Arbeit abhängig von verfügbarer Batteriekapazität SEITE 21

22 Vision: E-Mobilität, erneuerbare Energien und Zusatzdienste INTELLIGENTE INFRASTRUKTUR FÜR ZUKÜNFTIGE DIENSTE > Optimale Nutzung Erneuerbarer Energien durch intelligente Steuerung (Vehicle-to-grid) Laden der Batterien bei Überangebot Bei Bedarf Rückspeisung ins Netz Renewable Energies > Möglichkeit der Integration in Smart Grid > Option zur Einbindung in Smart Home-Angebote Demand Side Management Optimierung eigener dezentraler Erzeugung > Möglichkeit von informationsbasierten Mehrwertdiensten, z.b. Telematik/Navigation Kopplung mit Heim-Netzwerk (z.b. Musik-, Reisedaten) Ferndiagnose Automobilhersteller Smart Home Internet SEITE 22

23 Das leistet Elektromobilität an einem Sommertag im Verteilnetz Photovoltaik 1 Elektromobilität 2 20% Pufferung > Für einen Zeitraum von 10 h wird mit einer Leistung von bis zu 100 MW in das Verteilnetz durch Photovoltaik- Anlagen eingespeist. Das entspricht einer Energiemenge von 500 MWh am Tag. Einspeisung 80% 1) Beispiel: Sommertag in Süddeutschland für eine Stadt/Region mit ca Einwohnern und 0,4 kwp PV/EW 2) Bei einer Batteriekapazität von 20 kwh, einer Ø-Verfügbarkeit von 50% und einer Ladeleistung von 11 kw > 20 % der eingespeisten Energiemenge können durch am Netz hängende Fahrzeuge zwischengespeichert werden. Diese Energiemenge kann bei Bedarf rückgespeist oder als Fahrstrom genutzt werden. SEITE 23

24 Agenda Regionalversorger Süwag Energie AG Strukturwandel mit Erneuerbaren Energien Elektromobilitätsinfrastruktur Projekte: Erneuerbare Smart Grid - E-Mobilität natürliche Partner SEITE 24

25 Kein Versorgungsproblem: 1 Million Elektrofahrzeuge Kein Konflikt beim Strombedarf Zubau EE deckt Bedarf bei weitem E-Fahrzeuge als Speicher > Der Strombedarf von 1 Mio. Elektroautos (ca. 1,9 TWh) entspricht ca. 0,3% der deutschen Stromerzeugung > 1,9 TWh entsprechen nur ca. 1,8% der Erzeugung aus Erneuerbaren Energien 2. > Allein die in 2010 in Deutschland zugebauten Anlagen erneuerbarer Energien produzierten ca. 8,8 TWh 3 Strom. > Diese Menge deckt den Energiebedarf für die von der Bundesregierung angestrebten 1 Mio. Elektrofahrzeuge um mehr als das Vierfache. > Würde die Hälfte der 1 Mio. E-Fahrzeuge gleichzeitig mit 11 kw Ladeleistung am Netz hängen, könnten Sie eine gesamte Speicherleistung von insgesamt 5,5 GW bereitstellen. Das entspricht 80 % der installierten Leistung aller Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland (ca. 7 GW). 1) Annahmen: Ø Verbrauch 0,15 kwh/km, Laufleistung km/a, Nettostromerzeugung D 2010: 588,1 TWh 2) Quelle: BMU, Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien 3) Quelle: BMU, Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien: Differenz zur produzierten Strommenge im Vorjahr SEITE 25

26 Projektergebnis Messko Süwag: Intelligente Ortsnetzstation > Neben dem klassischen Netzausbau kann eine intelligente Ortsnetzstation Spannungsschwankungen ausregeln > Schädliche Erzeugungs- und Lastspitzen werden vermieden E-Fzg. PV Windkraft BHKW Speicherung SEITE 26

27 Projektergebnis Messko Süwag Intelligente Ortsnetzstation Stufenschalter Gebäudestation Transformator 630 kva SEITE 27

28 Projekt Maschinenfabrik Rheinhausen VDI Nachrichten vom 25. November 2011 Microcontroller SEITE 28

29 E-DeMa: RWE D AG gestaltet aktiv das Internet der Energie der Zukunft > Kunden werden zu einem aktiven Marktteilnehmer in der Energieversorgung > Smart Meter in Kombination mit Informations- und Kommunikationstechnologien bilden die technische Grundlage Lastmanagement und Steuerung von Haushaltsgeräten Kundenanwendungen IKT-Gateway 2 E-DeMa Marktplatz Steuerung dezentraler Einspeiser (µkwk) (virtuelles Kraftwerk) > Lastmanagement und Steuerung von dezentralen Einspeisern und intelligenten Verbrauchern (Weiße Ware, E-Fahrzeug etc.) wird möglich IKT-Gateway 1 Spartenübergreifende Erfassung von Zählwerten (Smart Metering) Steuerung von großen Verbrauchern wie z.b. ecars, Wärmepumpen, Messstellenbetreiber SEITE 29

30 ANA Autonome NiederspannungsAgenten Intelligentes Management dezentraler Einspeiser, Verbraucher und Erzeuger im Netz der Zukunft 1 HEC: Home Energy Communikation MUC: Multi utility controller GIS: Graphisches Informations System SEITE 30

31 G4V grid for vehicles Zeit-Horizont: 2030 und danach Schlüsselfrage: Was müssen wir heute beginnen, um einen Massenmarkt für E-Fahrzeuge zu ermöglichen? Technische Aspekte Rechtsrahmen Szenarios IKT Business Modelle Kundenzufriedenheit Umweltaspekte NETZ Infrastruktur Netzbetrieb Empfehlungen SEITE 31

32 Simulation von sieben verschiedenen Ladestrategien Ungesteuertes Laden Konservativer time centered charge : Ansatz Laden abhängig vom Ladezustand, immer zentriert um drei Uhr nachts time of use tariffs (TOU) : günstigere Tarife während der Nacht use tariffs with real time adjustments (closed loop control) : Bei erkennbarer Überlast am ON-Trafo kann der DSO ein Signal zur Reduzierung der Ladeleistung an E-Fzg* senden soft charging : E-Fzg* meldet Energiebedarf und max. Ladedauer. Minimale Ladeleistung wird entsprechend berechnet und bereitgestellt Pragmatischer Ansatz Aggregator model : aggregiert Vielzahl von E-Fzg.* und bietet Fortschrittlicher die entstehenden Flexibilitäten am Markt an (keine Netzrestriktionen) Ansatz Distributed market based model : basiert auf Powermatcher -Technologie; Niederspannungsnetz wird als lokaler Marktplatz über Gebote für Lasten und Erzeuger gesteuert *E-Fzg = Elektrofahrzeug SEITE 32

33 Auswirkung auf die Abschaltung von WEA (30 % Windanteil im System) Konservativer Ansatz Pragmatischer Ansatz Durch eine optimierte Ladung von E-Fahrzeugen werden Windkraftanlagen deutlich seltener abgeschaltet selbst bei geringer Marktdurchdringung mit E-Fahrzeugen SEITE 33

34 sozialwissenschaftliche Ergebnisse: V2G verbleibende Akkukapazität > Die ständig verfügbare Reichweite sollte bei 70 km liegen; die verbleibende Kapazität kann für Services genutzt werden > 75% der Befragten in Deutschland reicht eine Akkukapazität für 120 km oder weniger aus SEITE 34

35 Kernaussagen zur Ladesteuerung Lade-Steuerungen sollten flexibel und auf die Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen hin anpassbar sein. Das Laden von Elektrofahrzeugen sollte derart gesteuert erfolgen, dass auch die für Verteilnetzbetreiber relevanten Bedarfe und Restriktionen Berücksichtigung finden. DSO s benötigen einen detaillierten Überblick über im Netz aktive Elektrofahrzeuge. Den DSO s muss die Möglichkeit eingeräumt werden, im Falle eines Notfalls (Netzengpass) steuernd auf das Laden von Elektrofahrzeugen eingreifen zu können. Vehicle-to-Grid (V2G) scheint zum jetzigen Zeitpunkt noch kein profitables Geschäft zu sein. Uni-direktionales Laden sollte daher zuerst verfolgt und gefördert werden. Bi-direktionales (Ent-)Laden sollte weiter analysiert und bei höheren Stückzahlen von Elektrofahrzeugen erneut betrachtet werden. SEITE 35

36 Lade-Infrastruktur Kernaussagen zu Infrastruktur und IKT In Bezug auf Lade-Infrastruktur stellt die Heim-Ladung die kosteneffizienteste Lösung dar. Diese sollte vorangetrieben werden (bis Ladeleistungen von 3,7kW) und um ein Netzwerk öffentlicher (Schnell-) Ladestationen ergänzt werden. IKT IKT stellt keine Hürde für die Integration von Elektrofahrzeugen in die Stromnetze dar. Es werden keine grundlegend neuen Technologien erforderlich. Die Anwendung von IKT als Mittel zur Implementierung von Ladesteuerungen kann die (negativen) Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf die Netze reduzieren. Bei der Weiterentwicklung von IKT sollten mögliche Synergien zu Smart Grid Funktionalitäten berücksichtigt werden. SEITE 36

37 Weitere Projekte VDI Nachrichten vom 25. November 2011 SEITE 37

38 Herzlichen Dank! Michael Herb Süwag Energie AG Erneuerbare Energien Schützenbleiche Frankfurt am Main SEITE 38