Chair of Sustainable Electric Networks and Sources of Energy. Prof. Kai Strunz. Trends in der elektrischen Energietechnik

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1 Chair of Sustainable Electric Networks and Sources of Energy Prof. Kai Strunz Trends in der elektrischen Energietechnik Think Tank der Innovationen: Wohin mit dem Überschussstrom aus Wind- und Solaranlagen? 7. Mai 2009 Überblick 1. Einführung 2. Netzstruktur Heute 3. Zukunftstrends 4. Systemintegration 5. Zusammenfassung 2 1

2 1. Einführung: Geschichte Thomas Edison ( ) Nikola Tesla ( ) Propagierte Gleichstrom Entwickelte Wechselstromlösung 3 1. Einführung: Geschichte Thomas Edison Geboren am 11. Februar 1847 in Ohio, gestorben 1931 im Alter von 84 Jahren Brilliant in Mathematik und Wissenschaft Mit 1093 Patenten auf seinen Namen einer der größten Erfinder aller Zeiten Eröffnete sein erstes Forschungslabor in New Jersey 1874 im Alter von 27 Jahren Zu wichtigsten Erfindungen zählt Glühbirne 4 2

3 1. Einführung: Geschichte Nikola Tesla Geboren am 9. Juli 1856 in Kroatien, gestorben 1943 im Alter von 86 Jahren Brilliant mit 800 Patenten Ging 1884 in die USA Arbeitete als Assistent im Labor von Thomas Edison Sein Drehfeldmotor sorgte für Aufsehen 5 1. Einführung: Geschichte Erste Gleichstromelektrifizierung 1880 gründet Edison die Edison Electric Illuminating Company of New York In 1882 nimmt Edison s Pearl Street Kraftwerk in Manhattan den Betrieb auf Es ist das erste Kraftwerk für elektrische Beleuchtung Verteilt wird Gleichstrom bei 110 Volt Gleichspannung 110 V time Bereits ein Jahr nach Inbetriebnahme wurden Lampen versorgt 6 3

4 1. Einführung: Geschichte Entstehung des Spannungsabfalls I R leiter V Q V last R last V V = I R = R Q last last last Rlast + Rleiter R 7 1. Einführung: Geschichte Maßnahmen zur Verringerung des Spannungsabfalls VQ Spannung an der Last Vlast = I Rlast = Rlast R + R Verringerung des Spannungsabfalls bei Gleichstrom (DC): verringere last leiter Rleiter Aber dadurch wird der Leiter dicker und schwerer, verteuert Installation und erschwert Machbarkeit Bei Wechselstrom (AC) ist Spannung transformierbar: werden N1 N2 V kann erhöht Q V Q N2 V Q N1 8 4

5 1. Einführung: Geschichte AC gegen DC Lösung mit Spannungserhöhung mittels Transformator war nur bei AC möglich Edison sah sein DC-Geschäftsmodell bedroht Er stellte fortan hohe Spannungen als Bedrohung dar Er erfand den elektrischen Stuhl Er organisierte öffentliche Hinrichtungen von Tieren Aber die technischen Vorteile von Wechselspannung waren enorm und AC trat einen Siegeszug an 9 2. Netzstruktur Heute Erzeugung Übertragung bei Hochspannung Lokale Verteilung bei Mittelspannung Hausanschluss bei Niederspannung 10 5

6 3. Zukunftstrends: Übersicht Großer Trend: Steigerung der Effizienz Dazu gehört der zunehmende Einsatz elektrischer Energieformen und sinnvolle Nutzung entstehender Wärme Zu den Trends gehören: Kraft-Wärme-Kopplung: weiterer Ausbau Smart Homes: sukzessive Einführung des aktiven verbrauchsseitigen Energiemanagements Elektromobilität: Laden der Fahrzeuge über das Verteilungsnetz Dezentrale Stromerzeugung: Nutzung der Photovoltaik Virtuelle Kraftwerke: Informationstechnische Vernetzung von Kleinkraftwerken Interkontinentale Süd-Nord Verbindung: Transport erneuerbarer Energie Zukunftstrends: Weiterer Ausbau von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Blockheizkraftwerk in Zukunft auch auf Basis der Brennstoffzelle Bewährtes Konzept zur Nutzung von Wärme bei dezentraler Stromerzeugung Soll bis 2020 in Deutschland 20 % der Stromerzeugung ausmachen Electrizität Wärme 12 6

7 Moderne Technik erlaubt Energiemanagent im Haushalt 3. Zukunftstrends: Smart Homes Aufbau Flexible Nutzung als Funktion des Strompreises Stromanschluss Zukunftstrends: Smart Homes Aktives Verbrauchsmanagement 14 7

8 3. Zukunftstrends: Elektromobilität im Netzverbund Einzelhaushalt Mehrfamilienhaus Windturbine Photovoltaik Èinzelhaushalte Speichersystem Elektroautoanschluss Photovoltaik Elektroautoanschluss Mehrfamilienhaus Einzelhaushalt Zukunftstrends: Dezentrale Stromerzeugung Wichtige Zukunftsaufgabe ist die energetische Sanierung von Gebäuden Auch sollten Dächer und Fassaden zukünftig verstärkt zur Stromerzeugung genutzt werden 16 8

9 3. Zukunftstrends: Virtuelles Kraftwerk Prüfung der Verfügbarkeit Messung der Leistung Koordination in Leitstelle Zukunftstrends: Interkontinentale Süd-Nord Verbindung 18 9

10 5. Systemintegration: Zusammenwirken Stromerzeugung Information Transport Kundenverhalten Systemintegration: Standort Berlin Sichtbarkeit Hauptstadtbonus, viele Besucher Öffentlichkeit Unterstützt Kyoto Kompetenz TU Berlin, Helmholtz, Fraunhofer, Planungspolitik Erneuerbare-Energien- Gesetz Idealer Standort Berlin Technologie erneuerbare Energien, Li-Ion Batterie, Netze, Wärme, Geographie Nah an besten Windfeldern in Nordost Demographie Weniger Energiekunden in Nordost, mehr in Berlin Industrie Siemens, Vattenfall, Solon 20 10

11 6. Zusammenfassung: Entwicklung bis heute 1882 begann die erste Gleichstromversorgung von Lampen in Manhatten Schon bald erkannte man Wert von Wechselstrom für Erreichen hoher Spannungen zur Übertragung großer Leistung So entstand im 20. Jahrhundert eine Struktur aus Großkraftwerken, überregionaler Übertragung und lokaler Verteilung Laut der National Academy of Engineering war dies die größte Ingenieurleistung des 20. Jahrhunderts Mit zunehmendem Umweltbewusstsein und steigenden Rohstoffpreisen entdeckte man die Wichtigkeit von Effizienz und Nachhaltigkeit Durch den Einsatz verschiedener erneuerbarer und dezentraler Energien entsteht ein komplexes heterogenes System Infrastrukturen für Energie, Transport, Information wachsen zusammen mit dem Kunden als aktivem Energiemanager 21 11