Solarstrom verheizen Effiziente Nutzung von Solarstrom durch Batterie- und Wärmespeicher in der Quartiersiedlung Weinsberg
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- Achim Kalb
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1 Solarstrom verheizen Effiziente Nutzung von Solarstrom durch Batterie- und Wärmespeicher in der Quartiersiedlung Weinsberg Norbert Taphorn Geschäftsbereich Energiesystemtechnik KACO new energy GmbH Components and Solutions. KACO new energy shares visions. 1
2 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung V02/ Energiespeichertagung - Birkenfeld
3 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung V02/ Energiespeichertagung - Birkenfeld
4 KACO new energy in Zahlen und Fakten. Werk 1, Zentralwechselrichter Werk 5, dreiphasige Wechselrichter Werk 4, Energiesystemtechnik Einer der größten Hersteller von Photovoltaik-Wechselrichtern weltweit Vertriebs- und Produktionsstandorte in Europa, Asien und Nordamerika Mehr als 850 Mitarbeiter weltweit, 550 davon in Deutschland (Neckarsulm, Kassel) Familienunternehmen Herr Ralf Hofmann ist Mehrheitseigentümer V02/ Energiespeichertagung - Birkenfeld
5 Unsere Geschäftsbereiche Photovoltaik Energiesystemtechnik Netzgebundene Wechselrichter Netzferne Wechselrichter Monitoring Home Energy Management Ländliche Elektrifizierung Bahn und Industrie V02/ Energiespeichertagung - Birkenfeld
6 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung V02/ Energiespeichertagung - Birkenfeld
7 Leistungsfähigkeit erneuerbarer Energien Stand Installierte Solarleistung MW Installierte Windleistung MW Anteil PV an Energieerzeugung in Deutschland 2012: ca. 5,1% (28 TWh) Stromproduktion am Freitag : Quelle: FhG ISE Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 7
8 Potentielle Maßnahmen zur weiteren, massiven Integration von PV- Strom Verstetigung der PV-Stromerzeugung (z.b. Ost/West Ausrichtung) Einsatz weiterer flexibler konventionelle Kraftwerke Demand Side Management Beeinflussung von Verbrauchsprofilen Netzausbau Elektrischer Betrieb speicherfähige Verbraucher (Wärme, BEV) Energiespeicher Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 8
9 Wo wird die elektrische Energie im Haushalt verbraucht? Stromverbrauchsstruktur eines durchschnittlichen Deutschen Haushaltes ohne Warmwasseraufbereitung, kwh/a Quelle: RWE Energiewende Daten und Fakten Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 9
10 Energieverbrauch im Wohnhaus (Vorgaben für Weinsberg) Strom 25% Heizung und Warmwasser 75% Quelle: Fraunhofer ISE Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 10
11 Erkenntnisse Der elektrische Verbrauch lässt sich nur bedingt in die Energieüberschusszeiten verlegen Der größte Energieverbrauch im Haushalt ist noch Wärme Wärmespeicherung über einen kurzen Zeitraum ist einfach und günstig zu realisieren Über eine Wärmepumpe lässt sich überschüssiger Solarstrom effektiv in Wärme umwandeln Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 11
12 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 12
13 Leuchtturmprojekt Weinsberg - Projektziel Das Projekt Weinsberg ist ein Demonstrationsprojekt für dezentrale Energieversorgung mit dem Ziel: Optimierte Nutzung von Solarstrom (Sonne wird Strom und Wärme) Erreichen hoher solarer Deckungsraten Intelligenter Einsatz von Strom- und Wärmespeichern Erreichen einer hohen Energieautarkie Effiziente Primärenergiewandlung innerhalb der Siedlung Untersuchung der Netz-Dienlichkeit des Systemkonzeptes Auf Basis eines umfassenden, hochauflösenden Daten Monitoring Variation der Betriebssystemführung 1. Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 13
14 Leuchtturmprojekt Weinsberg Wohnen der Zukunft auf Basis regenerativer Energieerzeugung 23 Haushalte 150 kw PV-Generator erzeugt Strom und Wärme (Wärmepumpe) Elektrischer (Lithium) und thermischer Speicher zur Steigerung des energetischen Eigenverbrauchsanteils Energiemanagementsystem optimiert elektrischen Verbrauch und kommuniziert mit thermischer Steuerung Spatenstich: Juni 2012 Go live: September 2013 derena alternative Energien GmbH & Co. KG Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 14
15 Leuchtturmprojekt Weinsberg KACO new energy Gesamtsystemsimulation, Leistungselektronik (Wechselrichter), Batterie-Auslegung und Integration, Energiemanagement, Daten Monitoring Kruck + Partner Projektentwickler, Bauleitung, Detailplanung PV derena alternative Energien Betreibergesellschaft Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme System-Konzept-Simulationen Diverse Fachplaner Für elektrische und thermische Energieverteilung derena alternative Energien GmbH & Co. KG 1. Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 15
16 PV-Anlage auf allen Dächern Zentraler Wärmespeicher Dezentrale Wärmespeicher Inneres Versorgungsnetz Technikraum KACO Technikraum Mehrfamilienhaus Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 16
17 Leuchtturmprojekt Weinsberg Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 17
18 Leuchtturmprojekt Weinsberg: Die Energieversorgung 150 kwp Solarstromanlage 150 kwh Lithium-Ionen-Batterie als elektrischer Energiespeicher 120 kw Batterie-Wechselrichter (AC-gekoppelt, bidirektional, Inselnetzfähig) Liter Pufferspeicher als thermischer Energiespeicher 18 dezentrale Warmwasser- und Heizungspufferspeicher 35 kwel Luft-Wasser Wärmepumpe 11 kwel / 27 kwth Blockheizkraftwerk 240 kw Spitzenlastkessel Wärmeverteilung durch internes Nahwärmenetz Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 18
19 Entwicklung des Energiekonzeptes Vorgaben Grundstück Die Gebäude PV-Anlage auf alle Dächer ca. 150 kwp Batteriewechselrichter mit 120 kw (bidirektional) Spitzenlastkessel 240 kw Simulationen Fraunhofer ISE Definition des zentralen Speichers Liter Festlegung der Batteriespeichergröße 150 kwh (Lithium) Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 19
20 Entwicklung des Energiekonzeptes Simulationen KACO new energy Variation verschiedener Wärme- und Stromerzeuger nach Art und Leistung Pelletheizung BHKW Dezentrale Wärmepumpen in jeder Wohneinheit Brauchwasser Brauchwasser und Heizbetrieb Zentrale Wärmepumpe Dezentrale Wärmespeicher Untersuchung unterschiedlicher Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 20
21 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 21
22 Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit : Strompreissteigerung (pro Jahr), Betrachtungszeitraum 25 Jahre ,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 7,00% Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 22
23 Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit : PV- Anlagengröße , , , ,00 0,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300, , , ,00 Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 23
24 KACO-Simulation: Bilanzielle Autarkie in Abhängigkeit der Solargeneratorgröße (kwp) Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 24
25 KACO-Simulation: PV Einspeisung mit und ohne Management PV-Einspeisung mit Management (kwh) PV-Einspeisung ohne Managament (kwh) Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 25
26 KACO-Simulation: Einspeisung und Netzstrombezug 9.000, , , ,00 Eingespeister (PV-)Strom [kwh] Bezogener Netz-Strom [kwh] 5.000, , , , ,00 0,00 1. Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 26
27 Monatliche Wärmebilanzen des Energieversorgungskonzepts Weinsberg Wärmeenergie [kwh] Erzeugung durch Gasbrennwertkessel Erzeugung durch BHKW Erzeugung durch Wärmepumpe Bedarf für Wärmeverluste 0 Bedarf für Warmwasser 1. Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 27
28 Monatliche Wärmebilanzen des Konzepts Passivhaus 1. Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 28
29 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 29
30 Innovationen im Leuchtturmprojekt Weinsberg Simulationstool Variabel, modular aufgebaut Alle möglichen Energienetzteilnehmer können bereits in der Planungsphase im Zusammenspiel simuliert werden Gesamtenergiemanagement Thermische und elektrische Erzeuger und Verbraucher werden als Ganzes intelligent geregelt und gesteuert Energybus CiA 454 Standardprotokoll für alle Teilnehmer am Energienetzwerk Implementiert im Wechselrichter, Batterie und EMS Auf CAN-Basis Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 30
31 Innovationen im Leuchtturmprojekt Weinsberg Batteriewechselrichter Bidirektional mit 120 kw - inselnetzfähig AC oder DC - koppelbar Hoher Wirkungsgrad > 98% Für Blei-, Lithium- oder Hybridhochvoltbatterien Daten Monitoring Erfassen aller Energieflüsse innerhalb der Wohnsiedlung Überprüfung der Netz-Dienlichkeit eines Energiespeichers im Stromnetz Bereitstellung von Strom- und Wärmeverbrauchsdaten für den Endkunden Sammlung von Erzeuger- und Lastprofilen (Simulationsmodell) Datenbank für Energie Management System zum Erstellen von Prognosen zur Optimierung der Anlage Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 31
32 Inhalt 1 Kurzvorstellung KACO new energy 2 Motivation 3 Leuchtturmprojekt Weinsberg 4 Ergebnisse 5 Innovationen 6 Zusammenfassung Components 1. Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 32
33 Zusammenfassung Das Projekt Weinsberg ist ein Demonstrationsprojekt für dezentrale Energieversorgung: Optimierte Nutzung von Solarstrom (Sonne wird Strom und Wärme) Erreichen hoher solarer Deckungsraten Intelligenter Einsatz von Strom- und Wärmespeichern Erreichen einer hohen Energieautarkie Effiziente Primärenergiewandlung innerhalb der Siedlung Untersuchung der Netz-Dienlichkeit des Systemkonzeptes Auf Basis eines umfassenden, hochauflösenden Daten Monitoring NET-PV (Speicherverbände), Regelenergiemarkt, Peak shaving. Variation der Betriebssystemführung 1. Components Energiespeichertagung and Solutions. - Birkenfeld KACO new energy shares visions. 33
34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Norbert Taphorn Geschäftsbereich Energiesystemtechnik KACO new energy GmbH Carl-Zeiss-Straße Neckarsulm Fon +49 (0) norbert.taphorn@kaco-newenergy.de Components and Solutions. KACO new energy shares visions. 34
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