Integration of Wind into Future Energy Systems

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1 Integration of Wind into Future Energy Systems Prof. Dr. Jürgen Schmid Fraunhofer IWES Kassel Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen

2 Development of electricity generation form renewable sources in Germany Quelle: BMU, März 2012

3 Energy efficiency gains in future energy systems

4 Efficiency gain combined heat and power production and direct power conversion from renewables 1) Energieeffizienz (trad. Biomasse, etc.) Stromerzeugung 2) Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung 3) Ausbau der erneuerbaren Energien (Wind, Solar, Wasser) Quelle: Sterner, Schmid, Wickert, 2008; WBGU, 2008

5 Electricity production from renewables and power consumption in Germany

6 Primary energy demand and CO 2 emissions in the electric power system Primary energy demand and CO2 emissions in the electric power system Primary energy demand co 2 PE CO 2 -emissions Renewable energy share in the power generation [%]

7 Efficiency gain electro mobility: 3-4 Verkehr 5) Umstieg auf Elektromobilität 2) Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Vorteile der Elektromobilität: - Abwärmenutzung möglich - CO 2 -Abtrennung möglich - kein Feinstaub in den Städten - weniger Lärm - Stromspeicher Quelle: Sterner, Schmid, Wickert, 2008; WBGU, 2008

8 Traffic: Development of final energy consumption Endenergiebereitstellung aus Erneuerbaren Energien [GWh/a] Benzinersatz (regenerativ) Dieselersatz (regenerativ) Flugtreibstoff (regenerativ) Erneuerbares Methan Wasserstoff Strom Gesamtbedarf Quelle: ZSW

9 Primary energy demand and CO 2 -emissions of cars with combustion engine and with electric motor Primary energy demand and CO2-emissions of cars with combustion engine and with electric motor Primary energy demand [kwh/km] co 2 PE combustion engine (average) CO 2 -emissions [gco 2 /km] Renewable energy share in the power generation electric motor [%]

10 Ligneous biomass as substitute for fossil fuel Direct combustion (heating, power plant) Substitute of fossil fuel Conversion and use as btl-fuel (vehicle fuel)

11 Heat energy supply by renewable energies Nutzenergiebereitstellung Wärme aus Erneuerbaren Energien [GWh/a] Umweltwärme Kollektoren Biomasse/Erneuerbares Methan Gesamtnutzenergiebedarf für Wärme Quelle: ZSW

12 Primary energy demand and CO 2 -emissions of conventional heating systems and electric heat pumps Primary energy demand and CO2-emissions of conventional heating systems and electric heat pumps Primary energy demand [kwh/kwh th ] co 2 PE CO 2 -emissions [gco 2 /kwh th ] conventional heating systems (average) Renewable energy share in the power generation electric heat pump [%]

13 German lead study 2009 without additional consumers 2050 (meteorological basis 2007)

14 Power Transport Systems

15 Regenerative combined power station Wind Solar Biogas Hydro Import/ Export 12,6 MW 5,5 MW 4,0 MW 1,0 MW 1,0 MW

16 Deep Sea Pumped Storage Device Consumer Electricity generators bowl of ferro concrete Power cable Pump turbine Storage volume (Pressure < 200 bar)

17 Electricity storage through interface of electricity and gas grid SOURCES CONSUMPTION ELECTRICITY GRID STORAGE / TRANSPORT Balancing Gas Power Stations Electricit y Heat GAS DISTRIBUTION Traffic Quelle: Specht et al, 2009 Sterner, 2009

18 Electricity storage through interface of electricity and gas grid FREISTAAT THÜRINGEN

19 Energy efficiency gains by renewable energies today future

20 Summary The German energy transformation is based on energy efficiency and renewable energies Wind energy will remain the most important renewable energy source The largest contribution to energy efficiency gains will be provided by renewable energies

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