Elektrische Netze. Vorlesung zum Master-Studium FH-Köln WS 2011/2012. Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt WS 2011/2012 S. 1. Prof. E.

Transkript

1 Vorlesung zum Master-Studium FH-Köln Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt S. 1

2 Inhalt der heutigen Veranstaltung Vorstellung zur Person Zur Vorlesung Ziele Themen Voraussetzungen Arbeitsweise Historie von elektrischen Netzen Herausforderungen der Zukunft S. 2

3 Inhalt der heutigen Veranstaltung Vorstellung zur Person Zur Vorlesung Ziele Themen Voraussetzungen Arbeitsweise Historie von elektrischen Netzen Herausforderungen der Zukunft S. 3

4 Zur Person Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Verheiratet, zwei Kinder (14 und 17) Wohnort Aachen Ingenieur der Elektrotechnik Promoviert an der RWTH Aachen Philips Forschung 15 Jahre FH-Köln seit Sept Professur (Chair Electrical Grids) Institut für Elektrische Energietechnik, Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik (F07) Betzdorferstraße 2, Raum ZO Köln, Deutschland Tel S. 4 t-online.de/

5 Musik machen Zur Person Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Hobbies Gestalten S. 5 t-online.de/

6 Philips Research: Leistungselektronik Integrierte Bauteile Wirleless Power DC-Grids Wireless Charging Pad Zur Person Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Beruflich Wireless Power Consortium Mid 2010, check actual status on website Weitere Information: S. 6 t-online.de/

7 Solarenergie-Förderverein: Erneuerbare Energien Studie 100% Erneuerbare für Deutschland Speichertechniken Zur Person Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Ehrenamtlich S. 7 t-online.de/

8 Inhalt der heutigen Veranstaltung Vorstellung zur Person Zur Vorlesung Ziele Themen Voraussetzungen Arbeitsweise Historie von elektrischen Netzen Herausforderungen der Zukunft S. 8

9 Ziele der Veranstaltung Fachmann in Beruf und Unternehmen: Energieversorger, Netzbetreiber Energieerzeuger Erneuerbare Energien Entwicklung Planung, Installation Wartung Sachkundiger Staatsbürger: Fundierte Stellungnahmen als Experte in Vereine, Verbände, Ehrenamt Politik Freundes und Bekanntenkreis S. 9

10 Themen Zukünftige Anforderungen der Netze Dezentrale Erzeuger Erneuerbare Energien Elektromobilität Kostenoptimierung S. 10

11 Inhalte Leitungen Drehstrom Netzwerk-Komponenten Netzwerke berechnen Netz-Simulation Fehler-Management Netz-Regelung Netzanschluss Referate S. 11

12 Fachliche Voraussetzungen Lineare Algebra Lösen von Gleichungssystemen Komplexe Wechselstromrechnung Grundlagen Elektrische Energieverteilung (Bachelor FH-Köln) oder vergleichbares Modul (wesentliches davon wird kurz wiederholt) S. 12

13 Vorgehensweise Vorlesung und Übung als eine Veranstaltung Möglichst interaktiv Keine Hausaufgaben Aber: Zusammenfassungen 1 x Gruppenarbeit Praktikum Mündliche Prüfung S. 13

14 Zusammenfassungen Letzten 15 min: Zusammenfassung schreiben Jeder für sich, mit Nachbar besprechen Max. 200 Worte Key-Figure skizzieren Ersten 15 min: Wiederholung durch Studenten S. 14

15 Gruppenarbeit Ausarbeitung max. 8 Seiten (nach Template) Präsentation mit Bildschirmillustration vor gesamter Gruppe Mit Testat Ausarbeitungen werden als Arbeitsband zusammengefasst und an alle verteilt Bei Bedarf individuelle Betreuung S. 15

16 Themen für Gruppenarbeit Gleichstromnetze European Supergrid Smart-Grids Load-Management Weitere Vorschläge? S. 16

17 Praktikum 3 Termine Noch im Aufbau, Termine werden noch mitgeteilt Inhalte: Messen an Leitungen Netz-Simulation mit Neplan Exkursion zum Besucherwindrad Aachen S. 17

18 Prüfung Mündlich Hilfsmittel: Wissenschaftlicher Taschenrechner ohne alphanumerische Zeichen 1 DIN-A4 Blatt, handschriftlich doppelseitig beschrieben S. 18

19 Inhalt der heutigen Veranstaltung Vorstellung zur Person Zur Vorlesung Ziele Themen Voraussetzungen Arbeitsweise Historie von elektrischen Netzen Herausforderungen der Zukunft S. 19

20 DC: Edison/ General Electric Historie The War of currents 1880-er Jahre [1] AC: Tesla/Westinghouse Edison [3] Tesla [4] Elektrischer Stuhl [5] S. 20

21 1891 Drehstromübertragung Lauffen-Frankfurt 176 km lange Freileitung 15 kv (später 25 kv) Generator mit 221 kw Historie Entscheidung für AC/Drehstrom Drehstromübertragung Lauffen-Frankfurt [7] S. 21

22 1891 Drehstromübertragung Lauffen-Frankfurt 1893 Weltausstellung Chicago Über eigens angefertigte Glühbirnen Historie Entscheidung für AC/Drehstrom Weltausstellung Chicago 1893 mit AC-Beleuchtung [2] S. 22

23 1891 Drehstromübertragung Lauffen-Frankfurt 1893 Weltausstellung Chicago 1896 Niagara-Kraftwerk zur Versorgung von Buffalo Historie Entscheidung für AC/Drehstrom Niagara-Kraftwerk [2] S. 23

24 Historie Bis Ende 1920er: Das letzte Dorf hat elektrischen Strom Immer höhere Spannungen [8] 1912: 110 kv 1929: 220 kv 1957: 380 kv 1950er-Jahre: Geprägt durch Wiederaufbau 1960er 1970er Jahre: Wachstum, Wachstum... Seit etwa 1990: Strombedarf bleibt konstant 1998 Strommarkt - Liberalisierung S. 24

25 Historie Erneuerbare Energien und Dezentrale Erzeugung 1991 Stromeinspeisungsgesetz [9] 1995 kostendeckende Vergütung (Aachener Modell) [10] 2000 Erneuerbare Energiengesetz [9] 2000 Ausstieg aus der Kernenergie (Atomkonsens) 2010 Verlängerung der Kernenergie-Laufzeiten 2011 Rücknahme der Laufzeitverlängerung und erneuter Ausstiegsbeschluss S. 25

26 Inhalt der heutigen Veranstaltung Vorstellung zur Person Zur Vorlesung Ziele Themen Voraussetzungen Arbeitsweise Historie von elektrischen Netzen Herausforderungen der Zukunft S. 26

27 Zukunft Erneuerbare Energien und Dezentrale Erzeugung Klimaschutz Ziel der Bundesregierung: Max. 2 C Temperaturanstieg weltweit [11] % Erneuerbare Energien in der Stromerzeugung [12] 1 Mio Elektrofahrzeuge % CO2-Reduktion [11] 50% Elektrofahrzeuge S. 27

28 Zukunfszenario: Herausforderungen Fluktuierende Generation Dezentrale Erzeugung Elektromobilität S. 28

29 100% Erneuerbare Energien Die Bausteine: Einsparungen Solarenergie Windenergie Erdwärme Biomasse S. 29

30 Wofür verbrauchen wir Energie? Elektrische Anwendungen Verkehr Prozess-Hitze Wärme Heutiger Bedarf El.Anwendungen Verkehr Prozess-Hitze Wärme Gesamter heutiger Strombedarf Endenergie / Mrd kwh S. 30

31 Einsparungen Elektrische Anwendungen Stand-By und effiziente Beleuchtung Einsparungen 10% des el. Strom Verkehr 3Liter Autos und Güter auf die Bahn Prozess-Hitze Wärme Wärmedämmung 50% des Treibstoffs 70% der Wärme Licht + Stand By Verkehr Einsparung Hausisolierung Zukünftiger Bedarf Heutiger Bedarf El.Anwendungen Verkehr Prozess-Hitze Wärme Einsparungen Gesamter heutiger Strombedarf Endenergie / Mrd kwh S. 31

32 Solarenergie Windkraft Erneuerbare Energien Auf jedes Dach eine Solaranlage ca. Hälfte des heutig. Stroms Ausbau in Süddt., Repowering, Off-Shore ca. Hälfte des heutig. Stroms Wasserkraft 6% des heutig. Stroms Geothermie Biomasse Tiefenwärme mit Fernwärme, Wärmepumpen Wärme und Strom Holz, Reste, Anbau (20% der landw. Fläche) für Treibstoff und Strom Zukünftiges Angebot Zukünftiger Bedarf Gesamter heutiger Strombedarf Endenergie / Mrd kwh S. 32

33 100% Erneuerbare Zukünftiges Angebot Energien Sind möglich! Solar-Strom Solar-Thermie Windkraft Wasserkraft Geothermie Bio-Wertstoffe Verluste El.Anwendungen Verkehr Prozess-Hitze Wärme Einsparungen Zukünftiger Bedarf Energie / Mrd kwh Infos unter: oder S. 33

34 Dr. E. Waffenschmidt S.34

35 Kontakt Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Professur (Chair Electrical Grids) Institut für Elektrische Energietechnik, Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik (F07) Betzdorferstraße 2, Raum ZO Köln, Deutschland Tel eberhard.waffenschmidt/index.html

36 Referenzen [1] [2] [3] [4] [5] [6] P. Denzel, Grundlagen der Übertragung elektrischer Energie, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg / New York, [7] [8] [9] [10] [11] [12] [24] M. Kleimaier, et.al., Energy storage for improved operation of future energy supply systems, CIGRE 2008, zitiert durch D.U. Sauer, Elektrizitätsspeichersysteme für die Grundlastfähigkeit erneuerbarer Energien, Vortrag Aachen, Nov [27] Franz Trieb (DLR) et al., Trans-Mediterranean Interconnection for Concentrating Solar Power, Final Report, Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt und Reaktorschutz, Juni [28] Desertec Foundation, Das Desertec Konzept im Überblick, Red Paper, [ ] S. 36