Visionen für Energieautarke Siedlungen

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1 Informationsveranstaltung Plusenergiehäuser der Zukunft Festsaal der TU Wien, 15. April 2010 Visionen für Energieautarke Siedlungen Günther Brauner E373 Institute for Energy Systems Brauner 1/24

2 Welt-Elektrifizierungsrate Region Gesamt- Elektrifizierung Städtische Elektrifizierung Ländliche Elektrifizierung Nordafrika 96 % 99 % 92 % Afrika 26 % 60 % 10 % Sub-Sahara Asien, Entwicklungsländer 73 % 87 % 66 % Latein Amerika 90 % 98 % 66 % Mittlerer Osten 79 % 87 % 62 % Welt 78 % 91 % 62 % E373 Institute for Energy Systems Brauner 2/24

3 Benachteiligungen ohne Elektrifizierung 1,6 Mrd. Menschen ohne Elektrizitätsversorgung Behinderung der ländlichen Entwicklung Keine Kühlschränke (Nahrung, Medikamente) Keine Beleuchtung (Industrialisierung) Keine Information und Kommunikation (Aus- /Bildung) E373 Institute for Energy Systems Brauner 3/24

4 Rural Electrification UNIDO-ARE: Allianz for Rural Electrification E373 Institute for Energy Systems Brauner 4/24

5 Nachhaltige Entwicklung - Ländliche Elektrifizierung Start 1: Autonome Siedlungen mit dezentraler nachhaltiger Elektrizitätserzeugung und Backup- Versorgung bzw. zeitweiliger Nichtversorgung Ziel: Vernetzte Energieautarke Regionen Wasser-, Wind-, Sonnen-, Bio-Energie Start 2: Kraftwerke, Übertragungsnetze und weiträumige Vernetzung Entwicklungsländer Industrieländer E373 Institute for Energy Systems Brauner 5/24

6 Siedlungen Siedlungen sind die Entwicklungsregionen für dezentrale Nachhaltige Energieversorgung Gebäudeintegrierte Photovoltaik Klein- und Großwindanlagen Solarthermie Bidirektionale Wärmepumpen mit Erdwärme Elektromobilität mit Energieaustausch G2V und V2G E373 Institute for Energy Systems Brauner 6/24

7 Inselnetze sind Herausforderungen für Energieversorgung Energiemanagement notwendig Erzeugungsmanagement (supply side management) Lastmanagement (demand side management) Speicher und Backupversorgung Netzregelung und Engpassmanagement E373 Institute for Energy Systems Brauner 7/24

8 Größe der Inselnetze Autonomie einzelner Wohnhäuser nicht sinnvoll (große Bedarfsschwankungen) Tagesgang der Leistung eines Haushalts E373 Institute for Energy Systems Brauner 8/24

9 Charakteristik von Haushaltsgeräten Kühlschrank 0,30-1,80 kwh/d Gefrierschrank 0,60-1,90 kwh/d Umgebungstemperatur Innentemperatur des Gefrierschranks Stromverbrauch Kleinspeicher :00 00:15 00:30 00:45 01:00 01:15 01:30 01:45 02:00 02:15 02:30 02:45 03:00 03:15 03:30 03:45 04:00 04:15 04:30 04:45 05: Leistung [W] Leistung [W] :00 00:10 00:20 00:30 00:40 00:50 01:00 01:10 01:20 01:30 01:40 01:50 02:00 02:10 02:20 02:30 02:40 02:50 03:00 Zeit Spitzenleistung mittlere Leistung E373 Institute for Energy Systems Brauner 9/24 0 Warmwassertemperatur [ C] Zeit [h] Wäschetrockner Spitzenleistung Mittlere Leistung Temperaturverlauf 0 Leistung [W] 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Uhrzeit Leistung [W] Temperatur [ C] :00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00: Geschirrspüler 0,70-1,80 kwh Uhrzeit Leistung [W] 0 00:00 00:10 00:20 00:30 00:40 00:50 01:00 01:10 01:20 01:30 01:40 01:50 02:00 02:10 02:20 02:30 02:40 02:50 03: Zeit Waschmaschine Spitzenleistung Mittlere Leistung 0,45-1,50 kwh 2,88-4,50 kwh Leistung [W] 00:00 00:10 00:20 00:30 00:40 00:50 01:00 01:10 01:20 01:30 01:40 01:50 02:00 02:10 02:20 02:30 02:40 02:50 03:00 Zeit Spitzenleistung Mittlere Leistung

10 Gleichzeitigkeitsfaktor in Siedlungen Quelle: Kiefer: VDE 0100 und die Praxis E373 Institute for Energy Systems Brauner 10/24

11 Normierte Lastprofile (VDEW) bezogen auf 1 MWh Jahresverbrauch Watt E373 Institute for Energy Systems Brauner 11/24

12 Normierte Lastprofile (VDEW) bezogen auf 1 MWh Jahresverbrauch E373 Institute for Energy Systems Brauner 12/24

13 ADRES Autonome Dezentrale Regenerative Energie Systems E373 Institute for Energy Systems Brauner 13/24

14 Arbeitsgebiet von ADRES Autonom: Leistungs- und Energieautonomie, Inselnetzfähigkeit, blackoutfest und blackstartfähig, Selbstbilanzierung Dezentral: Netzanbindung von Kleinerzeugung, Demand und Supply Side Management, Energiespeicherung, regionale Wertschöpfung Regenerativ: Photovoltaik und Solarthermie, Biomasse und KWK Wasserstoff und Brennstoffzelle Geothermie, Wind, Abfall, Biogas, Wasserkraft Energie: Modellierung von Energieketten, Energiemanagement, Wirtschaftlichkeitsanalyse, Steigerung der Energieeffizienz Systeme: Selbstüberwachung, Lastprofilrecording, Verbrauchermonitoring, Optimierung E373 Institute for Energy Systems Brauner 14/24

15 Struktur der Autonomen DG Wind Bio- M.T. Stirling Small Hydro ~ ~ ~ Photo- Voltaic Fuel- Cell Utility Grid DC DC Autonomous Micro-Grid DC Load ~ Motor Battery Super Cap. ~ Flywheel E373 Institute for Energy Systems Brauner 15/24

16 Jahresdauerlinien der autonomen DG Load Demand Duration 8760 h Decentralized Generation E373 Institute for Energy Systems Brauner 16/24

17 Neue Aufgaben für Halbleitertechnik Leistungselektronik & IKT Micro Grid Management DSM Demand Side Management SSM Supply Side Management SMM Storage Management E373 Institute for Energy Systems Brauner 17/24

18 Demand Side Funktionen Standby Verluste senken Intelligentes Endgerät Veränderung der Effizienz erkennen Veränderung der Nutzung erkennen Nutzungsberatung Effizienzoptimierung Lastprofil-Recording Kommunikation mit Energiemanagement DSM-Funktionalitäten E373 Institute for Energy Systems Brauner 18/24

19 Dezentrale Erzeugungsanlagen (DEA) für Wohngebäude und Siedlungen DEA elektrisch Photovoltaik Windkraftanlagen Kleinwasserkraftwerke DEA mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Brennstoffzellen Mikrogasturbinen Stirlingmotoren Biogasanlagen Biomassekraftwerke E373 Institute for Energy Systems Brauner 19/24

20 Dargebotsabhängigkeit Wind, Sonne (siehe oben), (Wasser) jahreszeitliche und tägliche Schwankungen für SSM Speicherung erforderlich thermisch: Warmwasser-Pufferspeicher elektrisch: Batterie, Schwungradspeicher vielseitig: Wasserstoff E373 Institute for Energy Systems Brauner 20/24

21 Supply Side Funktionen Intelligente Erzeugungsprognose Intelligenter Erzeuger Veränderung der Effizienz erkennen Veränderung der Nutzung erkennen Erzeugungsoptimierung Erzeugungsprofil-Recording Kommunikation mit Energiemanagement SSM-Funktionalitäten E373 Institute for Energy Systems Brauner 21/24

22 MGM Micro-Grid-Management Aufgaben: Verknüpfung von DSM SSM Netz Speicher SSM MGM DSM Mobilität Netz E373 Institute for Energy Systems Brauner 22/24

23 MGM Kommunikation Smart Meter (Kommunikation zum EVU) Einbinden von DSM, SSM, Storage Management Netzregelung Frequenz Spannung Stabilität Leistungs- und Energiebedarf Restart/Blackstart E373 Institute for Energy Systems Brauner 23/24

24 Aufgaben Standardisierte Technik und Schnittstellen Kompatibilität für verschiedene Hersteller und Produkte Planungsregeln vereinheitlichen Start mit Modellprojekten bzw. Modellregionen Einbindung von KMU und Industrie E373 Institute for Energy Systems Brauner 24/24

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Univ.-Prof. Dr. Günther Brauner Technische Universität Wien Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Gusshausstrasse 25/373 A-1040 Wien Tel.: E373 Institute for Energy Systems Brauner 25/24