MICRO SMART GRID AM FRAUNHOFER IAO

Transkript

1 MICRO SMART GRID AM FRAUNHOFER IAO Aktueller Stand und zukünftige Entwicklungen Energiewende mit intelligenten Netzen Smart Grids in Baden-Württemberg, Fellbach, Florian Klausmann Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart

2 Agenda Ausgangssituation: Von der Steckdose zum Micro Smart Grid Energetischer Aufbau und Komponenten

3 Ausgangssituation 2010/11 Erste Elektrofahrzeuge der Lithium-Generation verfügbar Ladeinfrastruktur nahezu nicht vorhanden Keine genormten Stecker und Ladeprotokolle Ziel der Bundesregierung: 1 Mio. Fahrzeuge bis 2020 Start der Modellregionen Elektromobilität Initiierung von Demonstrationsprojekten mit Fahrzeugeinsatz Ludwigsburg elektrisiert Flugfeld Böblingen Sindelfingen Elektromobilisiert.de

4 Micro Smart Grid 2011 Bildquelle (Mitte): Langmatz

5 Elektrofahrzeugbestand 2011/12 Über 40 Elektrofahrzeuge Davon 25 PKW aller Klassen 2 Nissan Leaf 6 Mitsubishi imiev 1 Smart ed 2 Renault Kangoo ZE 3 Opel Ampera 2 Citroen Berlingo 1 VW T5 Prototyp 3 Karabag Fiat 500e 5 Renault Twizy 5 E-Roller 5 Pedelec 5 E-Bikeboard 2 Segway

6 Ladeinfrastruktur im Fraunhofer Parkhaus 2011 Auslegung: Eine Ladestation pro PKW Berücksichtigung aller Stecksysteme Spitzenlast 322kW

7 Ladeinfrastruktur im Fraunhofer Parkhaus Wie hoch ist die tatsächlich abgerufene Ladeleistung? Auslegung auf 322kW Spitzenlast Erforschung der tatsächlich abgerufenen Ladeleistung Anschlussleistung Ladeleistung Ergebnis: Maximale Ladeleistung liegt oftmals weit unter der Anschlussleistung Ladeleistung abhängig vom Einsatzszenario und Fahrzeugen Steuerung oder Spitzenlastbegrenzung ggf. erforderlich

8 Projekt Elektromobilisiert.de Fuhrparkanalyse und Entwicklung von Elektrifizierungsszenarien Softwaregestützte Analyse zeigt das volle Potential von Fuhrparks Kurze Fahrten werden E-Autos (blau) zugeordnet, längere den Verbrennern (rot) Berücksichtigung von Ladezeiten (gelb) Ergebnis: Großes Elektrifizierungspotenzial in Fuhrparks mit gemeinschaftlicher Nutzung Wirtschaftliche Szenarien möglich Lade- und Dispositionsmanagement zur Umsetzung erforderlich

9 Projekt Integriertes Flottenladen EcoGuru: Dispositions- und Lademanagementsystem Telematik-Infrastruktur in den Fahrzeugen Vernetzte Ladestationen mit OCPP-Standard Automatisierte Schlüsselausgabe Für ein Dispositions- und Lademanagement sind Statusdaten aus den Fahrzeugen und zentral steuerbare Ladestationen notwendig Erneuerung der AC-Ladeinfrastruktur 2014 Standardisierung der Kommunikationsprotokolle für das Steuern von Ladestationen dauert an Konkurrierende Anforderungen der Nutzer und der Energieinfrastruktur müssen berücksichtigt werden

10 Ansatz Micro Smart Grid Dezentralisierung von Energieerzeugung und Netzmanagement Lokale Abstimmung von Erzeugung und Verbrauch Netzentlastung durch Vermeidung von Lastspitzen Netzdienstleistungen Erhöhung des Eigenverbrauchs Ausfallsicherheit und Autarkie Ein Micro Smart Grid ist ein integriertes Energiesystem, bestehend aus verteilten Energieressourcen und Energienachfragern. Es operiert als eigenes, autonomes Niedrigspannungsnetz neben dem Netz des Energieversorgers.

11 Projekt Micro Smart Grid Energetischer Aufbau und Komponenten Stand: 12/2015

12 Das»Living Lab«Micro Smart Grid Living Lab Ansatz Real genutzte Infrastruktur unter wissenschaftlicher Begleitung Demonstration der Alltagstauglichkeit neuer Technologien Herausforderungen Keine Laborumgebung: erschwerte Bedingungen für wissenschaftliche Versuche Hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit Der Alltagsbetrieb muss jederzeit gewährleistet werden Beschaffungs-, Betriebs- und Verwaltungsabläufe sind für die Alltagsnutzung nicht auf innovative Produkte ausgelegt

13 Micro Smart Grid Netzübersicht Netz Windkraft PV Ost-West PV Süd Nebenverbraucher 10 kw 10 kwp 20 kwp Netztrennschalter 120 kw 600V DC-Zwischenkreis Nebenverbraucher intern (Steuerung, ) 60 kw 30 kw Ladestationen 340 kw Li-Batterie LOHC-Speicher 100 kwh kwh

14 Micro Smart Grid Netzübersicht Netz Windkraft PV Ost-West PV Süd Nebenverbraucher AC-Direkteinspeisung 10 kw 10 kw 10 kwp 10 kwp 20 kwp 20 kwp Netztrennschalter 120 kw 600V DC-Zwischenkreis Nebenverbraucher intern (Steuerung, ) 60 kw 30 kw Ladestationen 340 kw Li-Batterie LOHC-Speicher 100 kwh kwh

15 Simulation von Windeinspeisung im MSG Netz Windkraft PV Ost-West PV Süd Nebenverbraucher 10 kw Simulation über Netzbezug anhand beliebiger Windprofile 10 kwp 20 kwp Netztrennschalter 120 kw 600V DC-Zwischenkreis Nebenverbraucher intern (Steuerung, ) 60 kw 30 kw Ladestationen 340 kw Li-Batterie LOHC-Speicher 100 kwh kwh

16 Komponenten im MSG LOHC-Wasserstoffspeicher Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) Wasserstoff wird in ein Trägeröl molekular eingelagert und bei Bedarf wieder extrahiert: Kein freier Wasserstoff, keine Drucktanks, keine Kühlung Vergleichsweise günstiges und ungiftiges Standard-Wärmeträgeröl (Dibenzyltoluol) Einfache Lagerung in Heizöltanks, Transportmöglichkeit in normalen Tankwagen Vollwertiger Stromspeicher über Elektrolyseur und Brennstoffzelle Potenzial für mobile Anwendungen unter Nutzung der Trankstelleninfrastruktur Bildquelle: D. Teichmann, Hydrogenious

17 Komponenten im MSG LOHC-Wasserstoffspeicher Sehr hohe Energiedichte: 2 kwh/kg und 2 kwh/l Wirkungsgrad: 27-46% Anlage im Aufbau: Spitzenlastversorgung mit 1m³ Tanks > 2 MWh Kapazität zum Vergleich: Wirkungsgrad power to gas: ~30-40% Redox Flow Gewicht ~160t, Wirkungsgrad ~75% System zur Spitzenlastversorgung (LOHC Strom) Quellen: D. Teichmann, Hydrogenious; P. Wasserscheid, Uni Erlangen 1 ohne, 2 mit Wärmespeicher für Dehydrierwärme

18 MSG Forschungsschwerpunkte Demonstration neuer Technologien im Gesamtsystem Optimale Auslegung der Komponenten Alltagstauglichkeit und Zuverlässigkeit im Langzeitbetrieb Validierung technischer und wirtschaftlicher Analysen Betriebsstrategien und Energiemanagement zur optimalen Abstimmung der Komponenten Prognoseabhängige Anlagenführung Wetterprognosen Dynamische Strompreise Lastprognosen

19 Micro Smart Grid Ausblick Hardware Netz Windkraft Photovoltaik Li-Batterie 100 kwh Nebenverbraucher AC-Direkteinspeisung 10 kw 10 kw 30 kwp 30 kwp 60 kw Netztrennschalter 120 kw Nebenverbraucher intern (Steuerung, ) Ladestationen 520 kw 600V DC-Zwischenkreis H2-Tankstelle 30 kw Wärmeversorgung Induktiv 22kW LOHC-Tankstelle LOHC-Speicher kwh

20 Fraunhofer Living Lab e-fleet Zusammenfassung Mobilitäts- und Lademanagement Demonstration und Ergebnistransfer Netzintegration und Micro Smart Grid Fuhrparkanalysen und Flottenversuche Lastmanagement und erneuerbare Energiequellen

21 Kontakt Weitere Informationen zu unseren zahlreichen Projekten finden Sie auf unseren Internetseiten:

22 Anhang

23 Fraunhofer Living Lab e-fleet Öffentliche Förderung Integriertes Flottenladen Living Lab efleet

24 Projekt Halböffentliches Laden an Unternehmensstandorten Leasingkonzept für Elektrofahrzeuge für Mitarbeiter der Daimler AG 300 Elektrofahrzeuge und Ladestationen an fünf Werksstandorten Entwicklung geeigneter Mess- und Abrechnungskonzepte Entwicklung intelligenter Lade- und Lastmanagementsysteme Einbindung in übergeordnete Energiesysteme Aufbau eines Micro Smart Grid Demonstrator Bildquelle: Daimler AG