Technische und wirtschaftliche Lösungen für die Eigenverbrauchserhöhung mit Batterien

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1 Technische und wirtschaftliche Lösungen für die Eigenverbrauchserhöhung mit Batterien Dr. Olaf Wollersheim 1 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Klimaschutzziele der Bundesregierung Quelle: BReg 2010/2011, Berechnungen des Öko-Instituts Freiburg im Auftrag des BMU vom 28. März Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

3 Leistung / GW Installierte Leistung PV und Wind in Deutschland Prognose PV Wind Quelle: BMWi 2012 Jahr 3 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

4 Resultierende Netzgradienten 4 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

5 Privater Lastgang und Erzeugung PV 3 kwp 4,00 Sommer 4,00 Winter 3,00 Last Real /kw 3,00 Last Real /kw 2,00 PV Leistung /kw 2,00 PV Leistung /kw 1,00 1,00 0,00 0,00 4,00 8,00 12,00 16,00 20,00 24,00 4,00 0,00 0,00 4,00 8,00 12,00 16,00 20,00 24,00 4,00 3,00 Diff PV-Last/kW 3,00 Diff PV-Last/kW 2,00 2,00 1,00 1,00 0,00 0,00 4,00 8,00 12,00 16,00 20,00 24,00-1,00-2,00 0,00 0,00 4,00 8,00 12,00 16,00 20,00 24,00-1,00-2,00 5 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

6 Erzeugung/ Laden/Entladen Betriebsstrategie und kosten PV mit Speicher PV Netz k W Ladephase Entladephase Netzentlastung Speicher Invest. Speicher /kwh Lebensdauer Vollzyklen Speicherkosten /kwh , , ,07 battery parity 6 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

7 Rel. Kapazität (%) Kommerzielle Batterien im Vergleich 100 Zyklentest Entladen/Laden, 1C/1C; 100 % DOD Blei Starter Premium Blei Pedelec Li-Ion Medium Performance Li-Ion High Performance Li-Ion Best in Class Li-Ion Redox-Flow USV HEV, Full EV Automotive Stat. Speicher Vollzyklen 7 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

8 Storage cost [ /kwh] Speicherkosten wiederaufladbarer Batterien 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Invest / kwh Full cycle equivalent until EOL 8 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

9 Prototypentwicklung Leistungselektronik WR 270 kwp,laderegler 2x25 kwp Feldverteiler, Wechselrichter, DC/DC-Steller mit SPS und Panel-PC 9 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

10 Energiesystemdesign in DC-Kopplung Windturbine M... Steuersignale vom Netzbetreiber, DIN 61850,... BMS... DC-Bus Biogas, Wasserkraft,... CCU DC-Zwischenkreis L1 L2 L3 N 10 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

11 Experimentierfeld für Prototypanlagen am KIT Campus Nord Power Modul 270 kwp Power Modul 270 kwp Energie Modul 24 kwh Asien 48 kwh D PV-Anlage 36 kwp (weitere 1000 kwp im Aufbau bis Ende 2013) 11 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

12 Web-basierte Datenerfassung (Rate 500 msec) Beispiel: 5 Tage im Juni (PV-Strom, Batterie-SOC) 12 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

13 Versuchsbetrieb als Konstantleistungsgenerator 65 PV-Strom Batteriestrom 0 DC-ZK-Strom -75 Einspeisestrom 9:20 10:20 11:20 13 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

14 Versuchsbetrieb als Fahrplanenergiesystem (Anforderung von Fahrplanenergie gemäß DIN 61850) Batterieladezustand Batterieleistung PV-Leistung Anforderung Bedienung der Anforderung 14 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

15 Leistung /kw Energieinhalt Batterie /kwh BESS Prognosealgorithmus am ,0 50 1,5 Meßwerte PV max. theor. PV-Ertrag ,0 0,5 0,0-0,5 Prognose PV Einspeiseleistung ,0 Energieinhalt Batterie Batterieleistung , Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

16 Energiekosten im Inselnetz mit erneuerbaren Energiequellen und Batterien im Vergleich zur Stromerzeugung mit Dieselgeneratoren cent/kwh (ohne Kap.kosten, 1-5 MW) Zielkosten Batterie+Elektronik: cent/kwh Leistungselektronik 8-10 cent/kwh 5-8 cent/kwh 16 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

17 Power /MW Systemaufgabe: Anpassung der Erzeugungscharakteristik an den Lastgang 10 Lastgang Erzeugung aus PV Power /W/m :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Time /h Februar Juni August November February C June 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00 Time /h 17 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

18 Systemauslegung definiert die maximal erreichbare Wirtschaftlichkeit Über einen weiten Bereich (hier 50%) wird der Eigenversorgungsgrad bei konstanten Kosten nur durch die richtige Auslegung von PV-Anlage und Batterie bestimmt! 18 Zukunft erneuerbar DUH/badenova Freiburg

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

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