Stromversorgungsnetz. Inhalt: i mit dem Smart Grid und liefern bidirektional, i USV. 5. Smart PV Inverter: Kommunizieren

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1 Die Netzintegration im künftigen Stromversorgungsnetz Lonza Solarpark, 650kW Solar Wings Hochspannungsnetz Wind- und fossile Kraftwerke Inhalt: 1. Wandel des Strommix: Anteil fluktuierender Erneuerbaren Energien steigt 2. Potential PV: Die Dächer bringen 25% aber die Tageslastkurve zählt auch 3. Ökostromnetze: Auch die Erneuerbaren brauchen neue Stromautobahnen! 4. Smart Grids: Dirigieren den Strom und kompensieren die zeitliche Fluktuation 5. Smart PV Inverter: Kommunizieren i mit dem Smart Grid und liefern bidirektional, i USV Prof. Franz Baumgartner, Dozent für Erneuerbare Energie, ZHAW Hochschule in Winterthur; bauf@zhaw.ch; 1

2 1. Wandel des Strommix Strommix Prognose bis 2050 SCHWEIZ % Strom aus Wind, PV, Bio DEUTSCHLAND 15% Strom aus Wind, PV, Bio Konzept: Stromlücke mit EE decken Wokaun, PSI, 2007 Franz Baumgartner, ; Slide 2 J. Nitsch et. al. ZSW; DLR, Wupp.; Ausbau EE BRD 2020 Studie Bundesministerium Umwelt Berlin, Dez 2005

3 1. Wandel des Strommix Leistungsverlauf PV Potential Tagesgang der schweizer Stromproduktion Die Speicherkraftwerke können durch PV Stromproduktion entlastent werden. Alle im Jahr 2008 weltweit produzierten Solarzellen ( 7.4GW ; A. Jäger-Waldau) in der Schweiz installiert, würden nachfolgendes Potential von 7 TWh ausschöpfen. Installierte Leistung 2008 in der Schweiz: 0.045GWp (Nowak, SEV 2009) Normale Tagesbelastung mit hoher Mittagsspitze PV Ertrag PV Potential 7.2TWh/a in 2025 (ges. Wirkungsgrad 10%) VSE Schweiz, t h/d /d / t Otto Hedinger, Diplomarb. NDS, EPFL 1992 Es könnte der Boom von E-Mobilen und Wärmep. kommen Franz Baumgartner, ; Slide 3

4 2. PV Potential PV und Stromspeicher Sc chweiz 25% des PV Strom liesse sich auf den verfügbaren Dachflächen der Schweiz installieren (S. Nowak, SEV 2009); Dies würde eine PV Nennleistung von ca. 15 GWp entsprechen. 10% Stromanteil mit 7GW PV würden Wasserspeicher entlasten, deren Strommenge dann für Spitzenstromexport verfügbar wäre! Die übrige Produktion bliebe gleich oder thermische Kraftwerke könnten vom Netz gehen. Der Winter ist dann der Engpass wenn es keinen neuen Speicher oder Austausch mit EU-Netzen gibt. 6-7GW PV 1.4GW Pumpspeicher Bergspeicher im April leer! Stromerzeugung Schweiz 3. Mittwoch im Monat Franz Baumgartner, ; Slide 4 Erzeugung Speicherkraftwerke Erzeugung Speicherkraftwerke Generatorleistung Speicher CH 9.5GW davon ca. 1.4GW reine Pumpspeicher zum Vergleich BRD 7GW mit ca. 7TWh

5 Typische Wochenlast in einem Schweizer Verteilernetz Sommerwoche Tagesmax[%] Tagesmin [%] % Winterwoche ca. 6% PV Stromanteil Jahresmittel Leistung Jahresmittel % % 30% rel. 45% ca. 13% PV Stromanteilt Jahresmittel Pmax_Last=0.85Pn_PV Dieses Lastprofilpotential entspricht etwa dem halben Dac chflächenpotential. Es könnte erhöhte werden wenn ausreichend Stromspeicher dezentral oder zentral gebaut werden. (z.b. Tracking) Franz Baumgartner, ; Slide 5

6 3. Ökostromnetze Typischer Tagesgang der Stromproduktion Gänsebratenspitze 2009 am 1. Weihnachtsfeiertag in Deutschland Untypisch: negativer EEX Strombörsenpreis! Franz Baumgartner, ; Slide 6

7 3. Ökostromnetze BRD: Windstrom fordert Netzmanagement! Negativer EEX Strompreis Gutes Netzmangement ist gefragt auch bei negativer Regelleistung! (Anmerkung: PV Stromanteil in BRD ca. um den Faktor 8 geringer als Wind) BRD negativer Strompreis BRD Vergleichstag 18 Uhr Spitze Speicherkraftwerk WIND WIND: 20GW URAN Steinkohle URAN: 12GW Gas Braunkohle: 10GW Braunkohle - 19 cent/kwh EEX Börsenpreis ca. -1 Mio Franz Baumgartner, ; Slide 7 BRD DENA Netzstudie t 2005: Schwachlast 37GW Starklast 74GW

8 3. Ökostromnetze Erneuerbare Kombikraftw werk BRD hier PV ca. 20% Jahresstromanteil seit dezentrale Kraftwerke in Deutschland als Stromversorgungg einer Kleinstadt mit Einwohnern Projektinitiator dieser Modelrechnung, Dr. Rohrig erhielt Klimaschutzpreis BRD, Berlin, 26. Oktober 2009 Franz Baumgartner, ; Slide 8

9 3. Ökostromnetze Ö EU Ökostromnetz im Norden Mrd 10 Jahre Bauzeit Regierungsvereinbarungen Ende Stunden Stromlücke / Worst case /Greenpeace Studie Franz Baumgartner, ; Slide 9

10 3. Ökostromnetze EU Ökostromnetze im Süden 3000km DC Hochspannung 10% Verluste 2050: 700THW/a elect. transf. Wertschöpfung Schweiz, ABB Invest 400Mrd ca. 10 Mrd /a currently consumed by the World (17,000 TWh/y), by Europe (EU-25, 3,200 TWh/y) and by MENA (600 TWh/y) Franz Baumgartner, ; Slide 10

11 4. Smart Grids Wandel zum bidirektionalen Stromnetz Vgl. EU Technology Platform Smart Grids C. Rössner, ABB; SEV Bulletin, Okt 2009, p40 Wo stehen wir heute? Link zu aktuellen Karten mit den bestehenden Solaranlagen in der Schweiz: Myblueplanet: ndex.php SWISS SOLAR : der-sonne/solaranlagen-verzeichnis/ Franz Baumgartner, ; Slide 11

12 5. Smart Inverters Der PV-Inverters als Notstromversorgung Am Markt sind heute schon PV Inverter verfügbar die bei Netzausfall das 230V Hausnetz aufrecht erhalten. (UPS) 5kW AC Ausgangsleistung; PV Nennleistung 5.7kWp; Batterie 6.8kWh, 48Vdc; Franz Baumgartner, ; Slide 12

13 Netztechnische Herausforderungen Problem Schieflast: wenn möglich echte 3-phasige Inv verter einsetzten (BRD limit 4.6kW +10%p) Blindlastlieferung: BRD Mittelspannungsrichtlinie ab 100kW; Wechselrichterhersteller muss Geräte modifizieren damit Echtzeitregelung mit Kommunikation möglich PV Inverter kompensieren Oberwellen Inverter mit neuen Features zum Teil bereits am Markt: PV Inverter als Bindeglied für Notstromversorgung (z.b. mit E-Mobil Batterie) Kommunikation mit Smart Grid-Hausnetz bzw. Stromzähler andauernder d Entwicklungstrend t db bei ipvi Inverter : Wirkungsgrad Vorreiter nahe 98% %, Garantie >10a, Kostenreduktion, Service Netzversorger sorgt für ausreichende Kabelquerschnitte Franz Baumgartner, ; Slide 13

14 5. Smart Inverters Strom täglich [kwh/d] S H W E Ü 2020 Die lokale Strombi lanz Sie sind ihr eigener Oil-SCHEICH typ. E-Auto- batterie Kapazität Solarstrom m PV Haushaltsg Wärmepum mpe E-Mobilität ät Übersc rschus ss Das Stromnetz ist nötig als Stromspeicher und Handelsplattform geräte 10kW PV, 50 m 2 ; 30kWh/m2/a 12kWh/100km, 25km Tagesfahrt; 1.2kWp Wärmepumpe Leistungz kWh/a SUNNY Franz Baumgartner, ; Slide : 5% aller Autos E-Mobile

15 Status Schweiz: Karte installierter Solara anlagen php Franz Baumgartner, ; Slide 15

16 PEAK SHIFT Limit 12 Uhrlast! klarer Sonnentag: 6-7 Wh/Wp PEAK SHIFT 3 kwh/kwp 4kWp PV Anlage / 12kWh Batteriekapazität April Kosten: Li-Batt. 10 bis SFr für 20kWh Juni Franz Baumgartner, ; Slide 16

17 Stufen ins Solarzeitalterr Franz Baumgartner, ; Slide 17

18 Ziel: 1000 W PV Gesellschaft entspricht ca. 15% PV Stromanteilt Fläche entspricht der installierten PV Leistung pro Kopf Mit dem heutigen jährlich en Zuwachs von 2W/Kopf wird die Schweiz das Potential von 15% PV Stromanteil in 500 Jahren erreichen!! Dann sollten Probleme mit N etz erkennbar sein! Potential 1000 W/K Ziel Schweiz 2009e 8.4W/K neu W/K BRD 2009e 96W/K W/K Liechtenstein zugesagt ca. 90W/K Franz Baumgartner, ; Slide 18

19 Thank You for your Attention Download reprints: haw.ch/~bauf/ Acknowledgments: Franz Baumgartner, ; Lonza Solarpark Team: Dr. Eschenmoser, P. Gass, Slide 19Gewerb bepark Hochrhein; Wiederkehr; Stadtwerke Waldshut-Tiengen