Nächste Generation der Stromnetze im Kontext von Elektromobilität

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1 Nächste Generation der Stromnetze im Kontext von Elektromobilität Fuelling the Climate 2013 Fachtagung Vehicle2Grid Hamburg, 5. September 2013 Ulf Schulte Vattenfall Europe Innovation GmbH

2 Gliederung 1 Paradigmenwechsel in der Energiewirtschaft 2 Herausforderungen der Energiewende 3 Rolle der Elektromobilität 2

3 Durch fluktuierende und dezentrale Erzeugung erfolgt aktuell ein Paradigmenwechsel Von zu Wind Wasser Großkraftwerk Wasserkraftwerk Biomasse 110 kv Industrie 20 kv 0,4 kv 0,4 kv 20 kv 110 kv Brennstoffzelle Batterie Haushalt Industrie Erzeugung folgt Last Photovoltaik Kraft-Wärme- Kopplung Last folgt Erzeugung Haushalt 3

4 In den nächsten 20 Jahren wird der Anteil regenerativer Energiequellen zunehmen Entwicklung der unterschiedlichen Erzeugungsarten [in GW] % Wind Photovoltaik Wasser Biomasse und sonstige EE Kernenergie Kohle Erdgas Sonstige konv. Erzeugung Fluktuierende Quellen Wind und Photovoltaik Quelle: Szenario B für den Netzentwicklungsplan 2013, Bundesnetzagentur, Windmonitor Fraunhofer IWES 4

5 Gliederung 1 Paradigmenwechsel in der Energiewirtschaft 2 Herausforderungen der Energiewende 3 Rolle der Elektromobilität 5

6 Gemäß der Klimapolitik der deutschen Regierung kommt den Erneuerbaren eine Schlüsselrolle zu Hauptsächliche Produktion Hauptsächlicher Verbrauch Off-shore Nordsee geplant bis 2020: 12 GW Off-shore Ostsee geplant bis 2020: 2 GW Last Hamburg: 2,05 GW max. 0,99 GW min. Last Berlin: 2,45 GW max. 0,89 GW min. On-shore in Deutschland 2013: >30 GW PV heute: 34,2 GW, bis 2023: 61,3 GW Deutsche Klimawandel Politik Begrenzung des globalen Temperaturanstiegs auf max. 2 Celsius Reduktion der CO2 Emission um 40% bis 2020 [verglichen mit dem Level 1990] Verdoppelung des Anteils erneuerbarer Energien von 15% in 2010 auf 30% ++ in 2020 Erneuerbare Energie Gesetz (EEG) garantiert profitable Einspeisevergütung - Wind Energie: Vorwiegend im Norden Deutschlands [off-shore] - Photovoltaik: Vorwiegend im Süden Deutschlands Wind 31,8 GW 63,4 GW 91,6 GW Photovoltaik 34,2 GW 61,3 GW 65,3 GW Quelle: Bundesnetzagentur, Windmonitor Fraunhofer IWES Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energie, 2010/08/04 6

7 Das zukünftige Angebot an erneuerbaren Energien erfordert höheren Regelungs- und Speicherbedarf EE - volatil (Wind, PV) EE - sonstige Konventionell Spitzenlast Grundlast Quelle: Szenario B für den Netzentwicklungsplan 2013, Bundesnetzagentur, Windmonitor Fraunhofer IWES 7

8 Integration fluktuierender Energie ist eine neue Herausforderung für die Übertragungsnetze (Systemstabilität) Netzlast, Windenergieprognose und Windenergieeinspeisung in Ost-Deutschland ( , in MW) Prognose Wind Einspeisung Wind eingetretene Regelzonenlast Abweichung Prognose 2 Windstille 3 Gradient 4 Produktion > Last 8 Quelle: 50Hertz Transmission

9 Die Prognosen zeigen starkes Wachstum der erneuerbaren Energien Maßnahmen zur Integration sind erforderlich Projektion der installierten Kapazität 1) in Deutschland nach BMU 2009 Szenario 2) [in GW] Maßnahmen zur Integration Erneuerbarer Energien Energiespeicher Höhere Übertragungskapazitäten Ausbau der Erneuerbaren Energien Smart Grid / Lastmanagement Flexiblere Erzeugung 9 PV Wind Nuklear / thermische Erzeugung Geothermie Biomasse Wasserkraftwerke 1) Ohne Pumpspeicherung 2) BMU: Bundsministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

10 Netzentwicklungsplan Startnetztopologie Leitszenario B 2022 Szenario B 2032 Erforderliche Investitionen bis 2022: 1,5 2 Mrd. EURO p.a. 10 Quelle: NEP 2012, Stand: Mai 2012,

11 Flexible thermische Stromerzeugungsanlagen Regelbare Leistung pro benötigte Zeit [in MW / min] Herausforderungen für konventionelle thermische Anlagen: Zunehmender Regelbetrieb Abnehmende Betriebsstunden Braunkohle Steinkohle GuD 11 Quelle: VGB

12 Virtuelles Kraftwerk von Vattenfall Ausbauziel bis Ende 2012: Mrd. Euro p.a. 12

13 Optionen zur Energiespeicherung Druckluft Pumpspeicher Optionen zur Energiespeicherung Batterien Wärme Wasserstoff 13

14 Gliederung 1 Paradigmenwechsel in der Energiewirtschaft 2 Herausforderungen der Energiewende 3 Rolle der Elektromobilität 14

15 Gesteuertes Laden vereinigt die Potentiale des Lastmanagements und der Energiespeicher Viel Wind Geringe Netzlast Netz- & Lastmanagement Wenig Wind Hohe Netzlast Hohe Netzlast Wind-to-vehicle (W2V) Laden der Fahrzeugbatterien zu Zeiten mit hohem Windaufkommen und gleichzeitig geringer Netzlast. W2V Windintegration and load balance V2G Vehicle-to-Grid (V2G) Rückeinspeisung des in den Fahrzeugbatterien gespeicherten Stroms zu Zeiten hoher Netzlast und geringem Windaufkommen Lokales Last Management (LLM) Prioritätsregeln an Ballungspunkten mit Nachfrageüberschuss LLM 15

16 Unterschiedliche Perspektiven und Präferenzen führen zu potenziellen Konflikten bei Ladevorgängen Automobilindustrie-Perspektive Ungesteuerter Ladevorgang Fahrzeugbatterie kw t EVU-Perspektive Einspeisung Erneuerbare kw kw kw t Netzlast kw t t Lokale Last t = Beispiel für Konfliktsituation 16

17 V2G, W2V und LLM sollen helfen, das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch zu erhalten aus Netz-Systemsicht Überregional regional lokal RE-Leistungsdrosselung Heutige Maßnahmen, für die V2G potenzielles Substitut darstellt Heutige Maßnahmen, für die W2V ein potenzielles Substitut darstellt Reserveleistung Regelleistung (positiv) V2G W2V Erzeugung Verbrauch Regelleistung (negativ) Laststeuerung, insb. Abwurf LLM Heutige Maßnahmen, für die LLM ein potenzielles Substitut darstellt Netzausbau (langfristig) überregional regional lokal 17

18 Gesteuerte Ladevorgänge können zu einer signifikanten Senkung der Energiekosten beitragen Veränderung der Energiekosten durch Steuerung der Ladevorgänge Energiekosten Status quo: ungesteuerter Ladevorgang automatisiertes Laden in günstigen Zeiten Optimierung des Eigenverbrauchs (z.b. Photovoltaik) Rückspeisung möglich (z.b. für Peak Shaving) Verbund im virtuellen Kraftwerk (z.b. für Angebot von Netzdienstleistungen) Technologische Entwicklung Intelligenz ungesteuert gesteuert Ladezustand keine Information verfügbar Information liegt vor Laderichtung unidirektional bidirektional Vernetzung keine Vernetzung / hinter dem Hausanschluss vernetzt 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit