Ao.Univ.-Prof.i.R. Dipl.-Ing. Dr. Manfred Sakulin Dipl.-Ing. Christian Elbe

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1 Intelligente Netze und Laststeuerung im Haushaltssektor Ao.Univ.-Prof.i.R. Dipl.-Ing. Dr. Manfred Sakulin Dipl.-Ing. Christian Elbe Technische Universität Graz Institut für

2 Übersicht Einleitung Ziele (EU / National / Lokal) Richtlinien und Vorschriften Smart Grids Aufbau Möglichkeiten Erneuerbare Energien Demand Side Management im Haushalt Haushaltsgeräte Anforderungen Schlussfolgerungen 2

3 EU-Klimaziele Einleitung (1) Senkung der Primärenergie und CO 2 um 20% Erhöhung der erneuerbaren Energien um 20% Erhöhung der Energieeffizienz um 20% Ziele der Netzbetreiber und Bilanzgruppen Spitzenlastvermeidung, Lastgangglättung, Spannungsniveau Einhaltung des Fahrplans Richtlinien und Vorschriften Endenergieeffizienz und Energiedienstleistungen (2006/32/EG) Einsparung an Endenergie von 9% ( ) Nationale Energieeffizienz-Aktionspläne 3

4 Einleitung (2) Ökodesign-Richtline (2009/125/EG) Umweltgerechte Gestaltung energiebetriebener Produkte Vorschriften für den Elektrizitätsbinnenmarkt (2009/72/EG) Anhang I, (1) i Sicherstellung, dass Kunden häufig genug in angemessener Form über ihren tatsächlichen Stromverbrauch informiert werden um ihren eigenen Stromverbrauch regulieren zu können Bis 2020 sollen 80% der Zähler intelligent sein. Damit sollen tageszeitliche oder vom allgemeinen Stromverbrauch abhängige Tarife möglich sein. 4

5 Smart Grids (1) Smart Grid Definition, Quelle: Roadmap Smart Grids Austria 5

6 Aufbau: Smart Grids (2) IT-Infrastruktur parallel zum elektrischen Netz Intelligente Vernetzung von Erzeugern, Speichern und Verbrauchern Zählen, Messen, Steuern von Energie und Leistung Informieren Smarte Ziele: Lastmanagement (Information, Tarifumschaltung, Fernsteuerung) Koordination der Erzeugung (virtuelle Kraftwerke) Erhöhte Einbindung erneuerbarer Energien (dezentral, zentral) Photovoltaik, Windenergie, Wasserkraft Erhöhung der Versorgungssicherheit und Verlässlichkeit 6

7 Probleme und Eigenschaften elektrischer Energie Probleme der erneuerbaren Energien Dargebot schwankend stochastische Erzeugungsspitzen und Ausfälle Netzprobleme: Spannungsniveau, Schutztechnik, Engpässe Spezielle Eigenschaft der elektrischen Energie: Strom ist nicht lagerbar, daher Erzeugung just in time! Anpassung von Bedarf und Erzeugung erforderlich: Supply Side Management Demand Side Management (DSM) Entkoppelung von Bedarf und Erzeugung: Energiespeicher (Pumpspeicher, Batterien, ) 7

8 Prinzipielle Fragen zu Demand Side Management Was und wie soll gemanagt werden? Leistungsbedarf - Lastkurvenverlauf Lastverschiebung (Glättung: peak clipping, valley filling ) durch Tarife durch Laststeuerung Energiebedarf - Energiesparen Energieeffizienz, Benutzerverhalten, Vermeidung von Verschwendung durch Information, finanzielle Anreize, gesetzliche Vorgaben!!! Achtung: Lastverschieben führt zu keiner Senkung des Energieverbrauchs!!!! Aber zu Kosteneinsparungen! Welche Verbraucher werden gemanagt? Derzeit: in Zukunft: Hohe Leistungen: Industrie, Gewerbe, Sektor Raumwärme und Brauchwasser (Rundsteuerung) Auch niedrige Leistungen: Haushaltsgeräte 8

9 Analyse des Haushaltsstromverbrauchs Ergebnisse Steiermark 1992: Gesamtverbrauch Steiermark (gelb + rot + grün) Anteil der Haushaltsgeräte (rot + grün) Leistungssparpotenzial durch energieeffiziente Geräte (grün) 1000 Mittwoch im Juli ( ) Power in MW Last Stmk ohne Haushalte P Stmk Lastprofil der Haushalte P HH Leistungssparpotenzial (P Spar ) der Haushalte Time Tageszeitlicher Verlauf der Leistungen P Stmk, P HH, P Spar

10 Einteilung HH-Geräte, Schaltpotenziale Einteilung der HH-Geräte auf Basis der Betriebscharakteristik: Zeitweilig laufende Geräte: z.b. Waschmaschine, Geschirrspüler, Trockner etc. Kontinuierlich laufende Geräte: natürlicherweise gleichverteilter Lastverlauf, z.b. Kühlen, Gefrieren, Heizpumpen etc. Geräte mit Thermo-Logistik: z.b. Kühl- / Heizsysteme mit fernsteuerbaren Thermostaten und/oder zusätzlichen Kälte- oder Wärmespeichern Batterien for e-mobility Schaltpotenziale für DSM: Abschaltpotenzial: Geräte die abgeschaltet oder blockiert werden und zu einem späteren Zeitpunkt verschoben werden positive Reserve z.b. für den Fall eines Erzeugungsrückgangs Zuschaltpotenzial: Geräte in Warteposition und Speicher - sofort einschaltbar bei Überschuss an regenerativer Erzeugung 10

11 Laststeuerung Analyse (1) Zeitweilig laufende Geräte: z.b. Geschirrspüler Die natürliche Lastverteilung (blaue Balken) innerhalb des Fensters T DSM kann durch DSM umgeformt werden, z.b. in eine rechteckige Form (rote Kurve, Fenster 11-20h), aber auch in jede andere Form z.b. regenerative Erzeugungsspitze. Die Rechteckamplitude entspricht dem Abschaltpotenzial während der Fensterdauer. Das Zuschaltpotenzial entspricht der Leistung der wartenden Maschinen im Fenster. 11

12 Laststeuerung Analyse (2) Kontinuierlich laufende Geräte: z.b. Kühlschränke Ergebnisse: Keine DSM-Aktivität zum Glätten des Lastgangs erforderlich! Abschalten führt zu unmittelbar folgender Gegenamplitude (Ampeleffekt), Zuschalten ist wirkungslos Abhilfe: Anwendung spezieller Thermo-Logistik 12

13 Zusammenfassung DSM im Haushalt Laststeuerung im Haushalt ist nur mit intelligenter Steuerungslogik möglich. Geschirrspüler, Waschmaschine, Trockner, : Gerät muss für Zeitfenster vorbereitet werden Vorgabe von Anfangs- und Endzeit (unter Berücksichtigung von Kundenwünschen), Störungen sind zu vermeiden!! Kunde muss mit Einschränkungen einverstanden sein!! DSM: innerhalb des Zeitfensters erfolgt Ein- und Aus- bzw. Nicht-Einschalten entsprechend der Zielsetzung: Lastgang, Fahrplan, Regenerative Erzeugung Kühlschrank, Gefrierschrank, Heizungspumpen, : Thermo-Logistik erforderlich 13

14 Schlussfolgerungen Keine Energieeinsparung durch Lastverschiebung erzielbar! (Smart Meters ermöglichen Motivation durch verbesserte Information, Benutzerverhalten, Vermeidung von Verschwendungen ) Trotzdem Beitrag zur CO 2 -Reduktion möglich - insbesondere bei in Zukunft erhöhtem Anteil erneuerbarer Energiequellen Erklärung: Gezielte Laststeuerung mit smarter=intelligenter Steuerungslogik ermöglicht Anpassung des Verbrauchs an die steigenden Schwankungen durch regenerative Erzeugung Reduktion des Speicherbedarfs Vermeidung nötiger Abschaltungen regenerativer Einspeisungen!! Die erforderliche intelligente Steuerungsstrategie ist noch zu entwickeln!! 14

15 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!!! Intelligente Netze und Laststeuerung im Haushaltssektor Kontakt: Ao.Univ.-Prof.i.R. Dipl.-Ing. Dr. Manfred Sakulin Dipl.-Ing. Christian Elbe Technische Universität Graz Institut für 15

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