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1 ET Energietechnische esellschaft im VDE 1

2 ET Energietechnische esellschaft im VDE Smart rids Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schröppel 2

3 Inhalt 1. Herausforderung: Senkung des Primärenergieverbrauchs 2. Integration von Erzeugung und Verbrauch 3. Virtuelle Kraftwerke 4. Lastmanagement 5. Perspektive: Smart rid 3

4 Ölpreis Am wurde der Ölpreis an der New Yorker Börse mit 77,33 $/Barrel gehandelt nach einem historischen Hoch im Juli 2008 von über 135 $/Barrel Entwicklung des Rohölpreis in $/Barrel Innerhalb von 10 Jahren ist: der Rohölpreis um über 21 (32)% pro Jahr(!) gestiegen, die Teuerungsrate in Deutschland aber nur um 1,5%/a. 4

5 Energiebilanz 2005 in Deutschalnd Über 60% der eingesetzten Primärenergie gehen verloren durch Verluste und Eigenverbrauch Davon jeweils die Hälfte - im Umwandlungsbereich - im Verbrauchersektor Die Industrie verbraucht 17,3% der eingesetzten Primärenergie Quelle: BWK Bd. 58 (2006) Nr.1/2 5

6 Szenarien für die Entwicklung der Erdoberflächentemperatur Beste Schätzung für das niedrige Szenario (B1) ist 1.8 (wahrscheinlicher Bereich ist 1.1 to 2.9 ), und für das hohe Szenario (A1F1) 4.0 (wahrscheinlicher Bereich ist 2.4 to 6.4 ). A1F1 fossil intensive B1 clean and resource efficient technologies Quelle: IP Intergouvernmental Panel on limate hange der UN 6

7 Entwicklung des Stromverbrauch in der Vergangenheit Endenergieverbrauch in Deutschland (Strom) in TWh ,86 %/a 0,67 %/a Quelle: BWK 57 (2007) Nr.5 7

8 Stromverbrauchsentwicklung in Deutschland in Zukunft (2 Varianten) IST heutiger Trend "Prognose 1" "Prognose 2" Stromverbrauchsprognose bis 2015 resp in TWh (F3+F6a) Quelle: VDE Studie: Effizienz- und Einsparpotenziale elektrischer Energie in Deutschland,

9 Inhalt 1. Herausforderung: Senkung des Primärenergieverbrauchs 2. Integration von Erzeugung und Verbrauch 3. Virtuelle Kraftwerke 4. Lastmanagement 5. Perspektive: Smart rid 9

10 Die Integration von Erzeugung und Verbrauch verlangt einen esamtansatz Smart rids Fluktuierende Einspeisung Konstante Einspeisung Energiehandel Bidirektionaler Stromfluss möglich! Es muss zu jeder Zeit gelten: Erzeugung = Verbrauch! Antriebe Elektroauto Wärmepumpe Kühlschrank 10

11 Beispiel: Dänemark Paradigmenwechsel von Quelle: A*STAR Energy Technology R&D Program, Prof Ho Hiang Kwee Program Director,

12 Inhalt 1. Herausforderung: Senkung des Primärenergieverbrauchs 2. Integration von Erzeugung und Verbrauch 3. Virtuelle Kraftwerke 4. Lastmanagement 5. Perspektive: Smart rid 12

13 Virtuelles Kraftwerk Biomass Power Plant Block-type Heating Power Plant PV Power Plants Network ontrol System Fuel ells Decentralized Energy Management System Data oncentrator ommunication Network Distributed Small Fuel ells Wind Power Plants Energy Exchange Billing Meteorological Service Flexible Loads Meter Reading Mod. Mod. Mod. Mod. Mod. Mod. Z Z Z Z Z Z Distributed Loads Ein virtuelles Kraftwerk ist ein luster von verteilten Erzeugungseinheiten (wie z.b. kleine Blockheizkraftwerke, Mikroturbinen, kleine Wasserkraftwerke, Brennstoffzellen, u.a), welche gesteuert durch eine zentrale Steuereinheit im Verbund zusammenarbeiten. Source: Wikipedia 13

14 Herausforderung Die rote Fläche liefern die Windkraftwerke die über ganz Deutschland verteilt, die grüne Fläche muss durch andere Erzeuger beigesteuert werden. 14

15 Inhalt 1. Herausforderung: Senkung des Primärenergieverbrauchs 2. Integration von Erzeugung und Verbrauch 3. Virtuelle Kraftwerke 4. Lastmanagement 5. Perspektive: Smart rid 15

16 Kommunikation heute und in Zukunft ÜN LS heute ~ ~ ~ morgen 1. Einheitliche Kommunikation auf allen Ebenen VN LS ~ ~ 2. Kommunikation geht bis in das Verteilnetz und bis zum Kunden US LS VKW LS ÜN Übertragungsnetz VN Verteilnetz US Unterstation LS Leitstelle VKW virtuelles Kraftwerk ~ ~ ~ ~ Die erweiterte Kommunikation Ist Voraussetzung für virtuelle Kraftwerke und Smart rids 16

17 Marktteilnahme des Stromkunden Der Stromkunde wird über intelligente Zähler mittels dynamischer Tarife (Smart Metering) in den Strommarkt eingebunden und bekommt ein Interesse, Lasten in die Zeit mit niedrigem Tarif zu verlagern. 17

18 Smart Metering ist Voraussetzung für die Marktteilnahme des Stromkunden Markt Abrechnung Dynamische Tarife Erfassung Hausautomatisierung eräte 18

19 Inhalt 1. Herausforderung: Senkung des Primärenergieverbrauchs 2. Integration von Erzeugung und Verbrauch 3. Virtuelle Kraftwerke 4. Lastmanagement 5. Perspektive: Smart rid 19

20 x x x x x Dezentrale Energieversorgung und was bedeutet sie? Erzeugung vorrangig verbrauchernah Steuerbare und nicht steuerbare Erzeugungssysteme, mit und ohne erneuerbare Energien Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zur Effizienzsteigerung Wärmenutzung direkt oder indirekt über Nahwärmenetze Elektrische Anbindung über das Nieder- oder Mittelspannungsnetz (bis zur 30-kV-Ebene) MS NS BHKW 20

21 Optimierung der Bedarfsstruktur durch Bündelung der Nachfrage Durch Zusammenschaltung von mehreren Verbrauchern entsteht eine Vergleichmäßigung des Energiebedarfs und Verringerung des Leistungsbedarfs. Durch Kombination mit Büros und ewerbe weitere Optimierung möglich! Lastganglinie eines Haushalts Lastsenkung durch Nachfragebündlung Elektrische Leistung in Watt Thermische Leistung in Watt El. Leistung in kw/hh :00 3:00 6:00 9:0012:0015:0018:0021:000:00 Uhrzeit Elektrische Leistung Thermische Leistung Anzahl der Haushalte 21

22 Verbesserung der Effizienz: Beispiel: Elektroauto Verbrennungsmotor vs. Elektromotor Benzinauto (18%) + 20% Verbrennungsmaschine esamtwirkungsgrad: Benzin: 18%, Diesel: 22% Elektromaschine esamtwirkungsgrad: 38% asturbinenkraftwerk (58%) Übertragungsverluste: 4% Batterieverluste (Li-Ionen): 14% Elektroauto(38%) Verluste des Antriebs: 20% Effizienz in % 22

23 Verbesserung der Effizienz: Beispiel : Wärmepumpe Effizienzvergleich Beispiel einer kommerziellen Wärmepumpe + 93% astherme(100%) T-Kraftwerk (58%) Übertragungsverluste: 4% Strom getriebene Wärmepumpe mit einem Wirkfaktor 3.5 (193%) astherme esamteffizienz: 100% Strom getriebene Wärmepumpe esamteffizienz: 193% % Effizienz 23

24 Aufbau eines esamtsystems = zentral + dezentral! Zukünftige Versorgungssysteme werden eine Mischung aus zentraler und dezentraler Erzeugung sein: Zentral Traditionelle Kraftwerke, Offshore- Windenergie, Speicherkraftwerke, Übertragungsnetz Verteilungsnetz Dezentral Dezentrale Erzeugungssysteme Microgrids Steuerbare Verbraucher Beiträge der dezentralen Erzeugung für das esamtsystem Lieferung von Regelleistung durch virtuelle Kraftwerke Beteiligung an der Netzregelung zum Ausgleich dargebotsabhängiger Erzeuger (z.b. WKA) Lastgangoptimierung durch Beeinflussung des Verbraucherverhaltens über DMS Verstärkte Nutzung regenerativer Energie, z. B. Biomasse 24

25 The Smart rid Landscape Smart rid Smart rid = intelligente, umfassende Steuerung des esamtsystems durch eine Vielzahl von Funktionen Smart eneration Übertragungsnetz Zählerablesung all enter SM... Verteilnetz Smart onsumption Offshore Windkraftanlagen Fernsolarerzeugung Schutz der Systemintegrität Übertragungsnetz- automatisierungs- System Asset Management Verteilnetz- automatisierungs- System Zähler Daten Management Industrie & ewerbe Verteilte Erzeuger HÜ & FATS Unterstationsautomatisierung, Schutz Zustandüberwachung Verteilnetzautomatisierung Smart Meters Haushalte Elektroauto Elektroauto Quelle: Siemens A 25

26 Vision zukünftiger Energienetze Micro rid Smart rid Super rid A A A A = Speicher + S + SL = Erzeugung Last Virtuelles Kraftwerk ell Agent ell A A D A A/D Autobahnen Quelle: Siemens A 26

27 Zusammenfassung Strom wird immer mehr zur Energieform der Wahl. Die verschiedenen Erneuerbaren Energien müssen über die elektrischen Netze effizient und intelligent integriert werden. Dabei müssen Erzeugung, Verteilung und Verbrauch der elektrischen Energie in der Zukunft wesentlich enger zusammenwirken als in der Vergangenheit. Das Bindeglied ist das intelligente Netz = intelligente Steuerung Die eschwindigkeit der Implementierung von Smart rids kann durch Anreize beschleunigt werden. Die Regulierung muss dazu den Investoren aber auch die notwendigen Spielräume lassen. 27

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