Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz

Transkript

1 Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz Thomas Schlegl Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und Fraunhofer-Allianz Energie

2 Joseph von Fraunhofer ( ) Fraunhofer-Gesellschaft Entdeckung der»fraunhofer-linien«im Sonnenspektrum Forscher Forschung und Entwicklung im Auftrag von Industrie + Staat Neue Bearbeitungsverfahren für Linsen Erfinder MP3, weiße LED, hocheffiziente Photovoltaik, hochauflösende Thermokamera Leiter und Teilhaber einer Glashütte Unternehmer Forschungsvolumen: ~ 1,4 Milliarde pro Jahr

3 Die Fraunhofer-Gesellschaft Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Trägerorganisation für Einrichtungen der angewandten Forschung in Europa. 57 Institute an 40 Standorten Mio Euro Umsatz Mitarbeiter Joseph von Fraunhofer ( )

4 Fraunhofer-Allianz Energie Die Fraunhofer-Allianz Energie ist mit 1500 Mitarbeitern eine der größten Energieforschungsorganisationen Europas Portal zum Forschungsangebot der Fraunhofer- Gesellschaft im Bereich Energie Ziele: Nachhaltigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Energieversorgung Auftragsforschung für Politik und Unternehmen jeder Größe

5 Geschäftsfelder Erneuerbare Energien Effizienztechnologien Gebäude und Komponenten Intelligente Energienetze Speicher- und Mikroenergietechnik

6 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Institutsleiter: Prof. Eicke R. Weber Mitarbeiter: 850 Budget: 52,4 Mio EUR Gegründet: 1981

7 Geschäftsfelder Fraunhofer ISE Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik Angewandte Optik und funktionale Oberflächen Solarthermie Silicium-Photovoltaik Alternative Photovoltaik-Technologien Regenerative Stromversorgung Wasserstofftechnologie

8 Heutige Elektrizitätsversorgung in D Hohe Qualität Gute Versorgungssicherheit aber Import/Export 110 / 220 / 380 kv 10 / 20 kv hohe CO 2 -Emissionen (Kohleanteil > 47%) Endlichkeit fossiler Quellen 400 V

9 Anteil an der Stromerzeugung in D (2007) Anteil Erneuerbarer Energien an der ges. Stromerzeugung von 616 TWh: 14,2% Photovoltaik: 0,57% Wind: 6,4%

10 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien Erneuerbare Energien in 2020: 25% am Stromverbrauch Quelle: Ausbau Erneuerbarer Energien im Stromsektor bis zum Jahr 2020, BMU, 2005

11 PV-Marktentwicklung Gesamtbestand 2008: 16 GW p global 5,3 GW p Deutschland MW p 5000 newly installed in Germany newly installed worldwide Rogol, München, : 2009: 13 GW p erwartet Source: EPIA, BSW

12 Kostenentwicklung Photovoltaik - Weg zur Grid Parity

13 Niederspannungsnetz mit hohem Anteil dezentraler Erzeuger Dezentrale Erzeuger: Lokaler Energieverbrauch kein Transport über weite Strecken Geringe Transport- Netzbelastung Hohe Sicherheit gegen globalen Blackouts Import/Export Operation 400 V 110 / 220 / 380 kv 10 / 20 kv

14 Zukünftige Herausforderungen an unsere Elektrizitätsversorgung Anteil von Erneuerbaren Energien mit überwiegend dezentralem Charakter nimmt zu Stromkunden werden mehr und mehr auch zum Erzeuger Vor allem Wind und Photovoltaik können stark fluktuieren Andere Energieflüsse erfordern Aus-/Umbaumaßnahmen im Netz Größere Energiespeicher sind derzeit nur begrenzt verfügbar Verbrauch und Angebot an Elektrizität sind zeitlich nicht mehr einfach zur Deckung zu bringen

15 Spitzenlastbereitstellung durch PV Grund-, Mittel- und Spitzenlast während einer Sommerwoche mit PV-Einspeisung

16 Einsatz von Energiemanagementsystemen - Smart Grids»PoMS«- Ein Power Flow and Power Quality Management System PCU: PoMS Central Unit PIB: PoMS Interface Box Steuerung PCU Prognose 20 kv 400 V PIB PCU PV + Last Last BZ Industrie BHKW Batterie

17 »PoMS«in ausgewählten Testnetzen Pilot-Siedlung Am Steinweg in Stutensee bei KA Niederspannungsnetz ca. 100 Haushalte Batterie: 100 kwh BHKW: 30 kwel, 67 kwth PV: 30 kwp

18 Stutensee: Spitzenlastreduzierung durch»poms«simulation

19 Lastverschiebung durch Einbezug des Verbrauchers EWE-Box: IP-basiertes Meteringsystem Anreiz zur Lastverschiebung schaffen z.b. über variable Stromtarife Kunde muss für seinen Verbrauch sensibilisiert werden Beides erfordert Feedbacksystem Intelligenter Zähler mit aktueller Verbrauchsanzeige

20 EWE Box: IP-basiertes Metering System Visualisierung über TFT-Display / Web-Portal Aktuelle Leistung (W) Energieverbrauch Strom, Gas (kwh) Kosten ( ) CO 2 -Emissionen Tarifsignal Echtzeitanzeige Tages-/Wochen-/Jahresübersichten Vergleiche mit Vorjahresverbräuchen Transparenz, tarifkonformes Verhalten

21 Kombikraftwerk für hohe Anteile Erneuerbarer Energie

22 etelligence: Energiemarktplatz Modellregion Cuxhaven Konsortium mit über 20 Partnern unter Führung von EWE Gesamtvolumen 20 Mio Förderung im Rahmen der E-Energy-Ausschreibung des BMWi Handel mit Strom durch Marktteilnehmer und zugehörigen Dienstleistungen im Fokus

23 Einbindung von Erneuerbaren in das europäische Netz Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energie in großem Maßstab Gleicht Schwankungen der EE-Erzeugung großflächig aus PV-Anlagen mit höchsten Erträgen realisierbar Einbindung Solarthermischer Kraftwerke in SE / NA / MO möglich HGÜ-Übertragung mit geringsten Verlusten HVDC HVDC Quelle: Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity, UCTE; eigene Arbeiten

24 Plug-In Fahrzeug-Konzept Nachhaltige Energieversorgung für Fahrzeuge Wind, Wasser, PV, Biomasse Hybrid oder Elektrofahrzeug Beitrag zur Lösung des Speicherproblems der Stromnetze zunehmender Anteil erneuerbarer Energien ( 2007: 14,2% 2020: 25%)

25 Dimension von Plug-In-Fahrzeugen (nur PKW), grobe Abschätzung Anzahl Fahrzeuge (PKW) in D Speicherkapazität bei Ausführung als E-Fahrzeuge (ähnl. Reichweite wie heute) Result. Speicherzeit bzg. auf Jahresverbrauch in D von 540 TWh 45 Mio 1,5 TWh 1 Tag im Falle Hybridfahrzeug ca. 4-5 h Zusätzlicher jährlicher Energieverbrauch aus dem Netz 260 TWh entsprechend Anteil am heutigen Jahresstromverbrauch ca. 50%

26 Flottenversuch Elektromobilität (VW, EON, ) BMU-geförd. Projekt / Gesamtvol. >32 Mio / Laufz. 4 J. Entwicklung eines Hybrid-Plug-In-Fahrzeugs und Feld- Tests mit 20 Fahrzeugen durch VW + weit. Partner Ziel: Nutzung von Strom aus EE für die Mobilität Nutzung von Traktionsbatterien als Puffer für das Stromnetz ISE bearbeitet folgende Themen: Schnittstelle Fahrzeug / Netz Energieflussmanagement stationär / mobil Metering Ladekonzepte und Ladetechnik

27 Zusammenfassung PV verringert die Spitzenbelastung und ist deshalb schon heute in bestimmten Gebieten ökonomisch konkurrenzfähig Fortschritte in vielen Bereichen der EE werden zum einem anhaltenden, starken Wachstum führen; der globale Markt für EE wird rasch auf mehrere 100 Mrd/a wachsen Eine sichere, zuverlässige und kostengünstige Energieversorgung durch EE ist technisch möglich EE bieten sinkende Kosten im Gegensatz zu den steigenden Preisen fossiler Energieträger