Herausforderungen für die Stadtwerkenetze durch Photovoltaik und Elektromobilität Lösungsbeiträge durch e-solcar

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1 Herausforderungen für die Stadtwerkenetze durch Photovoltaik und Elektromobilität Lösungsbeiträge durch e-solcar Prof. Dr.-Ing. Harald Schwarz Geschäftsführender Direktor CEBra Centrum für Energietechnologie Brandenburg BTU Cottbus

2 1 Motivation CO 2 mit ohne Mit freundlicher Genehmigung des PIK-Potsdam Institut für Klimafolgenforschung, Prof. Stock

3 1 Motivation - Reduzierung des Stromverbrauches (Energieeffizienz) - verstärkte Nutzung der Kernenergie - Entwicklung von Verfahren zur CO 2 -emissionsfreien Kohleverstromung (z.b. Oxyfuel-Verfahren) 00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00 1,0 Juni-Tag 0,9 Dezember-Tag - Nutzung regenerativer Energiequellen0,7 für die Stromerzeugung P/Pmax 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 * Wasser * Biomasse * Solarthermie * Photovoltaik Fokus im * Windenergie weiteren Vortrag 0,2 0,1 0,0 00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00

4 2 Physikalisch-technische Regeln der Stromversorgung Strommäßig überlastete Leitungen werden sofort abgeschaltet Im Gegensatz zu allen anderen Energieträgern (z.b. auch Gas) ist Strom in großem Maßstab nicht speicherbar Die Erzeugung im Kraftwerk muss somit minuten-genau dem Verbrauch folgen. Liberalisierung des Strommarktes (unbundling) EEG (Vorrang für Einspeisung aus erneuerbaren Quellen)

5 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Nord-West-Region -Fläche 39,7 % -Einwohner 51,5 % -Windleistung 55,0 % kw/qkm 101 kw/te 339 Nord-Ost-Region -Fläche 30,4 % -Einwohner 20,1 % -Windleistung 41,4 % kw/qkm 99 kw/te 655 Süd-Region -Fläche 29,9 % -Einwohner 28,4 % -Windleistung 3,6 % kw/qkm 9 kw/te 40

6 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Netzhöchstlast ca MW Netzschwachlast ca MW Kraftwerke in der VE-T Regelzone (P inst in MW) Spannungsebene (kv) 380/ Thermisch ~ ~ Pumpspeicher KW ~ ~ 500 Wind-KW ~ 780 ~ Photovoltaik 0 ~ 300 Biomasse, andere ~ 20 ~ Total ~ ~ Total ~

7 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Anteil der regenerativen Energien im Netzgebiet der E.ON edis (rechnerischer Anteil EEG zu Netzabsatz) Netzabsatz Einspeisung aus Regenerativer Erzeugung Bundesdeutscher Durchschnitt 15 % 5,9 % 8,3 % 11 % 17 % 23 % 30 % 34 % 35 % 46 % 55 % 23 % % Prog Neu EEG Novelle 30 % 20 % Ziel der Bundesregierung bis entnommen aus Vortrag Herr Dubberstein zur Weiterentwicklung der Energiestrategie Brandenburg

8 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Mit freundlicher Genehmigung der 50 Hertz-Transmission GmbH

9 4 Handlungsoption Netzausbau Zzgl. bis zu 600 km zusätzliche 400 kv Leitungen von 50 Hertz-Transmission in Brandenburg 686 km 831 km 145 km Leitungsneubau 110 / 380 kv in Brandenburg

10 4 Handlungsoption Netzausbau Zzgl. bis zu 600 km zusätzliche 400 kv Leitungen von 50 Hertz-Transmission in Brandenburg Aktualisierung in BB-Netzstudie 2 von 08/2011 Erkannte Potentiale km Windenergie 7000 MW 9400 MW 145 km PV-Freifläche ) einige 3100 MW PV-Dachfläche ) 1500 MW Biomasse 575 MW 600 MW Leitungsneubau 110 / 380 kv in Brandenburg 831 km 1562

11 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Orkantief Emma : Windeinspeisung in der Regelzone VE Transmission Leistung [MW] Entspricht 420 GWh Größter deutscher Pumpspeicher (Goldisthal) 8 GWh Gesamte Speicherkapazität VE-T Gebiet 20 GWh :15 06:15 12:15 18:15 00:15 06:15 12:15 18:15 00:15 06:15 12:15 18:15 Datum Windist VE-T Windprognose VE-T Vortag Windist D Windprognose D Vortag

12 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Orkantief Emma : Windeinspeisung in der Regelzone VE Transmission Leistung [MW] :15 06:15 12:15 18:15 00:15 06:15 12:15 Datum Entspricht 420 GWh Größter deutscher Pumpspeicher (Goldisthal) 8 GWh Gesamte Speicherkapazität VE-T Gebiet 20 GWh 8 Millionen Elektrofahrzeuge (alle KFZ in Ost-Deutschland) mit 20 kwh Speicherbatterie bringen 40 GWh unter der Annahme, dass 50 % der Fahrzeuge gerade am Netz sind und noch einen Ladehub von 50 % haben (200 GWh bei 100 kwh Batterie) 18:15 00:15 06:15 12:15 18:15 Windist VE-T Windprognose VE-T Vortag Windist D Windprognose D Vortag

13 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Sturmtief Xynthia : Windeinspeisung in der Regelzone 50Hz Transmission 12'000 Ist-Vertikale Last 10'000 Ist-Hochrechnung 50HzT-Regelzone 8'000 6'000 4'000 P in MW 2' '000-4' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00

14 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Sturmtief Xynthia : Windeinspeisung in der Regelzone 50Hz Transmission 12'000 10'000 Ist-Vertikale Last Ist-Hochrechnung 50HzT-Regelzone Ca. 230 GWh 8'000 6'000 4'000 P in MW 2' '000-4' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00

15 4 Handlungsoption Speicherung Solare Mobilität Abschätzung für die Stadt Cottbus ( Einwohner) Max. installierbare PV-Leistung: Max. Ladeleistung E-Mobility: Höchste derzeitige Netzlast: ca. 200 MW MW ca. 60 MW Projekt e-solcar Solartankstelle mit Photovoltaik (100 kw) und stationärer Batterieanlage (500 kwh) Solar Energy Research Field (MWFK) Flottenversuch Elektrofahrzeuge (50 Fahrzeuge) und Ladeinfrastruktur (100 Ladesäulen) e-solcar Projekt (MWE)

16 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Projektpartner: - Vattenfall Europe Generation * DEKRA Fahrzeugtestzentrum am Lausitzring - German E Cars 30 Opel Corsa * Opel (PKW) * Mercedes Benz (Transporter) * Toyota (SUV) - BTU Cottbus * 50 Hertz Transmission * Energieversorgung Cottbus Projektvolumen 9 M Fördervolumen 6 M 17 Mercedes Sprinter Förderndes Ministerium - Wirtschaftsministerium Brandenburg - Wissenschaftsministerium Brandenburg 4 Toyota Highlander

17 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Projektpartner: Umbau auf Elektroantrieb - Vattenfall Europe Generation * DEKRA Fahrzeugtestzentrum am Lausitzring - German E Cars 30 Opel Corsa * Opel (PKW) * Mercedes Benz (Transporter) * Toyota (SUV) - BTU Cottbus Umbau auf Elektroantrieb bzw. Range-Extender Betrieb * 50 Hertz Transmission * Energieversorgung Cottbus 17 Mercedes Sprinter Förderndes Ministerium - Wirtschaftsministerium Umbau von Brandenburg Hybrid auf Plug- - Wissenschaftsministerium In Hybrid Brandenburg 4 Toyota Highlander

18 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Ladestationen e-solcar Neubau Energiezentrum 15 Opel Corsa - BTU Campus ca. 16 Säulen PV Anlage 100kW peak 1 BTU Versuchsfahrzeug Batterie 500 kwh

19 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Neubau Energiezentrum Ansteuerung von der Netzleitstelle 50Hz-T in Berlin 15 Opel Corsa Ladestationen e-solcar - BTU Campus ca. 16 Säulen PV Anlage 100kW peak Bi-direktionaler Lader 1 BTU Versuchsfahrzeug Bi-direktionaler Lader Batterie 500 kwh

20 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität 15 Opel Corsa Bi-direktionaler Lader 16 Mercedes Sprinter Ansteuerung von der Netzleitstelle 50 Hz-T in Berlin Bi-direktionaler Lader 4 Toyota Highlander Bi-direktionaler Lader

21 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität A) Projektanteile Vattenfall Europe Generation, Cottbus A1) Bereitstellung der Fahrzeug-Flotte für dienstliche und private Nutzung (50 Fahrzeuge) A2) Erprobung der Dienstwagen-Flotte (35 Fahrzeuge) A3) Entwicklung von Tarifmodellen für e-cars

22 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität B) Projektanteile German E-Cars, Grebenstein B1) Umrüstung 30 Opel Corsa auf Elektroantrieb B2) Umrüstung 16 Mercedes Sprinter auf Elektroantrieb B3) Umrüstung 4 Toyota Highlander Hybrid auf Plug-In Hybrid Projektanteile German E-Cars Research & Development, Cottbus B4) Entwicklung bi-direktionaler Lader B5) Umrüstung der Fahrzeugflotte auf bi-direktionalen Lader B6) Entwicklung Range-Extender B7) Umrüstung von 6 MB-Sprinter auf Range-Extender B8) Entwicklung einer Kommunikationsschnittstelle zwischen Fahrzeug und Netz

23 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität C) Projektanteile BTU-Cottbus (netzbezogene Themen) C1) Urbane Netzbelastung durch Photovoltaik und e-mobility Bearbeiter: Ying (intern, nicht projektfinanziert) C2) Konzept Micro-Grid für Strom-/Wärme Nahversorgung Bearbeiter: Shalaginov C3) Umrichterkonzepte für Micro-Grid Bearbeiter: Federau C4) Systemstabilisierung durch urbane Speicher und steuerbare Lasten Bearbeiter: Porsinger

24 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität C) Projektanteile BTU-Cottbus (fahrzeug-bezogene Themen) C5) Antriebsmaschine und Motorsteuerung für Range-Extender Bearbeiter: Jende C6) Generator und BMS-Anbindung für Range-Extender Bearbeiter: Peglau C7) Kommunikation zwischen Fahrzeug-BMS und Netz Bearbeiter: Kalimbach C8) Wechselwirkung Fahrzeugelektronik bzw. -batterie und Tieftemperatur bzw. elektromagnetischer Strahlung Bearbeiter: Zhiljaev

25 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität C) Projektanteile BTU-Cottbus (Querschnittsthemen) C9) Wirtschaftlichkeitskonzepte für E-Cars und Micro-Grids Bearbeiter: Nikusch C10) Analyse der Technologie-Entwicklung für E-Cars Bearbeiter: Fr. Abrosimova (extern, nicht projektfinanziert) C11) Erprobung der Fahrzeugflotte mit privater Nutzung 3 Durchläufe a 12 Monate mit je 3 Nutzergruppen a 5 BTU-Mitarbeiter (0-5km; 5-20km; 20-50km)

26 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität PV-Module (100 kwp) Stationäre Batterie (500kWh) Umrichter Mirco-Grid (SMA) öffentliches Netz (20 kv) Ladesäule Fahrzeugumrichter BMS E-Car Elt Daten NS-Netz Daten HöS-Netz

27 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Gas PV-Module (100 kwp) Mini-BHKW (Gasmotor) Hz Stationäre Batterie (500kWh) Umrichter Mirco-Grid (SMA) öffentliches Netz (20 kv) Ladesäule Fahrzeugumrichter BMS E-Car Elt Daten NS-Netz Daten HöS-Netz

28 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität PV-Module (100 kwp) Gas Mini-BHKW (Gasmotor) Wärme- Speicher WW Wärme- Speicher HZ ww Hz Stationäre Batterie (500kWh) Umrichter Mirco-Grid (SMA) öffentliches Netz (20 kv) Ladesäule Fahrzeugumrichter BMS E-Car Elt Daten NS-Netz Daten HöS-Netz

29 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität PV-Module (100 kwp) Gas Mini-BHKW (Gasmotor) Elekrische Heizelemente Wärme- Speicher WW Wärme- Speicher HZ ww Hz Stationäre Batterie (500kWh) Umrichter Mirco-Grid (SMA) öffentliches Netz (20 kv) Ladesäule Fahrzeugumrichter BMS E-Car Elt Daten NS-Netz Daten HöS-Netz

30 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Modulkühlung anteilig PV-Module (100 kwp) Gas Mini-BHKW (Gasmotor) Elekrische Heizelemente Wärme- Speicher WW Wärme- Speicher HZ ww Hz Stationäre Batterie (500kWh) Umrichter Mirco-Grid (SMA) öffentliches Netz (20 kv) Ladesäule Fahrzeugumrichter BMS E-Car Elt Daten NS-Netz Daten HöS-Netz

31 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Modulkühlung anteilig PV-Module (100 kwp) Mini-BHKW Wärme- (Gasmotor) pumpe Elekrische Heizelemente Wärme- Speicher WW Wärme- Speicher HZ ww Hz Stationäre Batterie (500kWh) Umrichter Mirco-Grid (SMA) öffentliches Netz (20 kv) Ladesäule Fahrzeugumrichter BMS E-Car Elt Daten NS-Netz Daten HöS-Netz

32 6 SolMoNet Infrastruktur auf dem Campus 16 Ladesäulen für 15 E- Cars aus e-solcar und BTU-E-Sprinter (SMART City- 2011) BTU PV-Anlage (Solar Energy Research Field ) BTU Batterie-Anlage (Solar Energy Research Field )

33 Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit Weitere Infos unter