Kraftwerk der Zukunft: Das Zusammenspiel zwischen EE Erzeugung und Speicherung. Impulsvortrag Bernhard Beck

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1 Kraftwerk der Zukunft: Das Zusammenspiel zwischen EE Erzeugung und Speicherung Impulsvortrag Bernhard Beck

2 Energiewende Deutschland Anteil Erneuerbarer Energien aktuell bei 23 Prozent an der Bruttostromerzeugung Zielvorgaben laut Koalitionsvertrag Ausbaukorridor für Erneuerbare Energien 40 bis 45 Prozent im Jahr 2025 und 55 bis 60 Prozent im Jahr Ausbauziel für Erneuerbare Energien 80 Prozent im Jahr 2050 Energiepolitisches Dreieck der Bundesregierung Die Ziele des energiepolitischen Dreiecks Klima und Umweltverträglichkeit, Versorgungssicherheit, Bezahlbarkeit sind für uns gleichrangig.

3 BELECTRIC: Regenerative Energiezukunft Volatile Grundversorgung: Einsatz von Solarkraftwerken und Windkraftanlagen als direkte Energiekonverter, ohne Regulierbarkeit, dafür ohne Treibstoffkosten Bedarfsgerechte Erzeugung: Einsatz regulierbarer und Ressourcenverbrauchender Kraftwerke (Biogas, Erdgas, Kohle & Wasserkraft) Verwendung effizienter Speicherlösungen, wie Pumpspeicherkraftwerke und Batteriespeicher

4 BELECTRIC: 100% netzintegriert Das Energiesystem der Zukunft kombiniert die verschiedenen Segmente in EINEM SYSTEM Erzeugung Steigerung der Netzqualität (Abfangen von Spitzenlasten, Stabilisierung der Netzspannung) Sicherung vor regionalen Black Outs Stromerzeugung nach Bedarf Speicherung Systemstabilität auch bei geringer rotierenden Masse Verbrauch

5 Problembereich I: Systemstabilität Hohe Volatilität der EE Wirkleistungsüberlastung in Netzen Systemstabilität Schwankungen der Netzspannung Probleme im Netzausbau Ist das Netz mit noch höherem Anteil an EE stabil zu betreiben?

6 Ausfall der volatilen Leistung Energiespeicher schalten bei Leistungseinbruch schnell und dezentral zu und überbrücken die Anlaufzeit des Regelkraftwerks (am Beispiel Gasturbine) Leistung Soll Energiespeicher Volatile Energiequelle: Sonne / Wind Gasturbine Zeit [h]

7 Problem: Systemstabilität Der Mangel an rotierender Masse, der durch das Abschalten von großen Kraftwerken entsteht, schränkt die Stabilität des bestehenden Netzes ein und erhöht die Gefahr eines Blackouts. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Primärregelleistung (30s) und der Sekundärregelleistung (5min) ist zu langsam im Vergleich zur Volatilität der Verbraucher und EE Einspeiser Das Produkt der Regelleistung muss für eine volatile Energieerzeugung weiterentwickelt werden Erneuerbare Energien müssen einen Beitrag leisten zur Systemstabilität

8 Evolution zu 100% Erneuerbaren Übergang vom Synchrongenerator (SG) zur Leistungselektronik VERGANGENHEIT HEUTE ZUKUNFT Momentaner Anteil der Erneuerbaren Energien (EE) an der Erzeugungsleistung 0% ~ 50 % 100 % Netzregelung/ Netzstabilisierung Zentral (SG) Zentral (SG) / Dezentral Zentral (große EE)/ Dezentral Einspeiserichtlinien Konventionelle Kraftwerke EE & Konventionelle Kraftwerke EE & Speicher Quelle: Fraunhofer ISE

9 Evolution zu 100% Erneuerbaren Übergang vom Synchrongenerator (SG) Bild: Turbosatz zur Leistungselektronik Bild: EBU (BELECTRIC), Zentralwechselrichter (GE PC)

10 Regelleistung zur Frequenzhaltung Energiespeichersysteme können innerhalb von Sekundenbruchteilen das Stromnetz für kurze Zeiträume stabilisieren. In dieser Zeit kann Regelleistung hochgefahren werden. Soll Leistung Kurzzeit Überbrückung durch Energiespeicher Kurzfristige Leistungseinbrüche im Stromnetz Gasturbine Zeit [h]

11 Evolution zu 100% Erneuerbaren Von EE zukünftig zusätzlich bereitzustellende SDL: Frequenzregelung / bildung (aktuell: Abregelung bis 50,2 Hz): Beitrag zur Momentan Reserve: Ersatz von Schwungmassen Primärregelleistung Sekundärregelleistung Spannungshaltung / bildung (aktuell: statischer cos(ϕ), LVRT): Blindleistungskompensation Ausgleich von Asymmetrien im Spannungshaushalt Dezentrales Spannungsmanagement

12 Evolution zu 100% Erneuerbaren Netzerhalt und Netzwiederaufbau (aktuell: nicht vorhanden) Schwarzstartfähigkeit der volatilen sowie der nichtvolatilen dezentralen Energiequellen Bereitstellung von Kurzschluss Leistung Ziel: EE müssen in der Lage sein Synchrongeneratoren vollständig zu ersetzen!

13 Problembereich II: Energiewirtschaft Regulatorische Probleme Direktvermarktung problematisch Energiewirtschaft Deckung der Residuallast nach Abschaltung von Kraftwerken Gehemmter EE Ausbau Ist die deutsche Energieversorgung mit noch höherem Anteil an EE noch wirtschaftlich zu betreiben?

14 Bevorstehende Aufgaben für eine erneuerbare und wettbewerbsfähige Stromversorgung: Technische Lösungen für Probleme der Energiewirtschaft Verstetigung der Produktion von EE Kraftwerken, Einbindung in klassische Energiewirtschaft Kombination mit fossilen Erzeugern, Flexibilisierung dieser Direktvermarktung Senkung der erneuerbaren Energieerzeugerkosten (LCOE) Regulatorischen Rahmenbedingungen müssen angepasst werden

15 Lösung: Hybridkraftwerke Kombination mehrerer Quellen in Hybride Einheiten Bereitstellung von Kurzschluss- Leistung

16 MegaWattBlock Hybrid² Hybridkraftwerk: liefert planbare Energie zum Fahrplanbetrieb und Direktvermarktung Ermöglicht Teilnahme am Regelenergiemarkt Kosteneffizient durch Mehrfachnutzung von Betriebsmitteln MegaWattBlock Gaskraftwerk = 3.0 MegaWattBlock Hybrid² Energiespeicher

17 Hybridkraftwerk Fahrplanbetrieb + Doppelnutzung von Betriebsmitteln

20 Hybridkraftwerk mit Windkraftwerken Fahrplanbetrieb + Doppelnutzung von Betriebsmitteln

21 Großbatterien sichern die Netzstabilität und sparen Kosten

22 Fazit Hybridkraftwerke für eine erneuerbare und wettbewerbsfähige Stromversorgung Speicher als systemrelevante Einheiten Hybridkraftwerk mit Energie Speicher Technische Lösungen für Probleme der Energiewirtschaft Verstetigung der Produktion von EE Kraftwerken Kombination mit fossilen Erzeugern, Flexibilisierung dieser Direktvermarktung vereinfachen Senkung der erneuerbaren Energieerzeugerkosten (LCOE) Technische Lösungen für Probleme der Netzstabilität Regelleistung, Momentan Reserve Netzausbau Spannungsproblematik spart Netzausbau

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!