Dezentrale Technologien Herausforderungen und Potentiale für das Energiemanagement

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1 Dezentrale Technologien Herausforderungen und Potentiale für das Energiemanagement Prof. Dr. Hartmut Schmeck, Institut AIFB Wiss. Sprecher KIT-Schwerpunkt COMMputation, Forschungszentrum Informatik INSTITUT FÜR ANGEWANDTE INFORMATIK UND FORMALE BESCHREIBUNGSVERFAHREN KIT-Schwerpunkt COMMputation Forschungszentrum Informatik KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Probleme erneuerbarer Energien: Fluktuationen von Stromverbrauch und Stromerzeugung Kurz- und längerfristige Fluktuationen Flaute Ungleichgewicht Fluktuationen in verschiedenen Zeitskalen, wenig vorhersehbar Regenerative Energiequellen wenig steuerbar Installierte Kapazität Wind: > 27 GW 2 Hartmut Schmeck

3 Probleme: konkrete Produktion am , : PV ca. 12 GW, Wind ca 2 GW (Spitze), Nuklear 10,3 GW (Dauer) 22.1.: PV ca. 1,8 GW, Wind ca 22 GW (Spitze), Nuklear 5,7 GW (Dauer) (Quelle: 3 Hartmut Schmeck

4 Studie zu Energiesituation 2050 (Meteorologisches Basisjahr 2007) Quelle: Fraunhofer IWES 4 Hartmut Schmeck

5 Probleme durch Dezentralität: Netzengpässe im 0,4 kv-verteilungsnetz Spannungserhöhung durch PV-Einspeisung Spannungsabfall durch hohe Last (E-Auto) Darstellung ermöglicht durch Modellregion MeRegio (E-Energy) 5 Hartmut Schmeck Stephan Kautsch ABB

6 Energiemanagement - traditionell Stromnetz benötigt ständigen Ausgleich von Nachfrage und Versorgung, andernfalls Schwankungen von Spannung und Frequenz. Traditionelle Annahmen (vereinfacht): Nachfrage kann nicht gesteuert werden Elektrizität kann nicht gespeichert werden Versorgung erfolgt weitgehend zentral aus dem Hochspannungsnetz Nachfrage erfolgt im Niedrigspannungsnetz. Versorgung HS Klassische Energiesteuerung durch Regelenergie (Primär-, Sekundärregelung, Minutenreserve, Stundenreserve; frequenzgesteuert) MS NS Nachfrage Versorgung folgt der Nachfrage 6 Hartmut Schmeck

7 Zukünftig: Dead Calm Small Scale Short Term Variations Misma tch Implikationen der Erneuerbaren Energiequellen: Versorgung wird volatil, nur partiell steuerbar oder vorhersagbar. Versorgung wird dezentralisiert und wandert zur Demand Side ins Niederpannungsnetz (distribution grid, Verteilungsnetz) Potentielle Umkehrung des Stromflusses Nachfrage muss der Versorgung folgen! Konsequenz Freiheitsgrade für dezentralisiertes demand (and supply) management erschließen und ausnutzen. Neue Speichertechnologien entwickeln. Versorgung HS Starker Bedarf an intelligentem demand and supply management für verlässliche Stromversorgung trotz schwankender, kaum steuerbarer Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen. MS NS Nachfrage Versorgung 7 Hartmut Schmeck

8 Szenario für dezentrales Energiemanagement Stromerzeuger Stromfluss Kommunikation PV PV-Anlage Trafohaus (20kV / 0,4kV) DSL IZ Herd WaMa E-Auto SB BHKW EEX oder andere Märkte BKV Stromanbieter 8 Hartmut Schmeck

9 Effekte von Elektrofahrzeugen (EVs) Mobilität in Deutschland, (Umfrage 2008): Mittlere tägliche PKW Nutzung < 1 h, 94% der Fahrten < 50 km Mittlere Kapazität der Batterien der EVs: 20 kwh Bei 1 Million BEVs (Ziel für 2020): verfügbare Speicherkapazität von ~ 20 GWh Laden mit 3,7 kw: ~ 3,7 GW potentielle Lade-/Entladeleistung Folglich: hohe Last, potentiell auch hohe Leistung (falls Rückspeisung möglich) Mittlere Ladezeit: Einphasig 3,7 kw: 5 bis 7 Std. Dreiphasig 10 kw: ~ 2 Std (aber hohes Risiko der Netzüberlastung!) Potentiell hohe Flexibilität für Lastverschiebung, aber auch potentiell hohe Spitzenlast! Großes Potential für Netzstabilisierung durch intelligente Ladesteuerung 10 Hartmut Schmeck

10 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 Power P in kw Power P in kw 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 Power P in kw Power P in kw Potential der Lastbalancierung durch Elektromobile 150 original grid load curve Uncontrolled EV energy charging Drive Energy Charging -50 Solar power infeed -50 Time Time resulting load curve EV <-> Grid Exchange Charging/Infeed Time Time 11 Hartmut Schmeck

11 MeRegioMobil Smart Home Forschungslabor Zentraler Standort Direkt auf dem KIT Campus Süd ca. 90 qm Gesamtfläche Forschungs- und Demonstrationslabor 12 Hartmut Schmeck

12 Smart Home Grundriss Energie Management 13 Hartmut Schmeck

13 Innenraum 14 Hartmut Schmeck

14 Energy Management Panel Transparente Information über Energieverbrauch Entdecke und spezifiziere Spielräume für Lastmanagement 15 Hartmut Schmeck