Netzintegration erneuerbarer Energie und Elektromobilität

Transkript

1 Netzintegration erneuerbarer Energie und Elektromobilität Prof. Dr.-Ing. Harald Schwarz Geschäftsführender Direktor CEBra Centrum für Energietechnologie Brandenburg BTU Cottbus

2 1 Motivation CO 2 mit ohne Mit freundlicher Genehmigung des PIK-Potsdam Institut für Klimafolgenforschung, Prof. Stock

3 1 Motivation - Reduzierung des Stromverbrauches (Energieeffizienz) - verstärkte Nutzung der Kernenergie - Entwicklung von Verfahren zur CO 2 -emissionsfreien Kohleverstromung (z.b. Oxyfuel-Verfahren) 00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00 1,0 0,9 Ju n - Nutzung regenerativer Energiequellen 0,7 für die Stromerzeugung 0,8 0,6 0,5 P/P max 0,4 0,3 * Wasser 0,2 0,1 0,0 00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00 * Biomasse * Solarthermie * Photovoltaik * Windenergie

4 2 Physikalisch-technische Regeln der Stromversorgung Strommäßig überlastete Leitungen werden sofort abgeschaltet Im Gegensatz zu allen anderen Energieträgern (z.b. auch Gas) ist Strom in großem Maßstab nicht speicherbar Die Erzeugung im Kraftwerk muss somit minuten-genau dem Verbrauch folgen. Liberalisierung des Strommarktes (unbundling) EEG (Vorrang für Einspeisung aus erneuerbaren Quellen)

5 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Nord-West-Region -Einwohner 51,5 % -Windleistung 55,0 % Wind: sehr hoch Last: hoch Nord-Ost-Region -Einwohner 20,1 % -Windleistung 41,4 % Wind: sehr hoch Last: sehr gering Süd-Region -Einwohner 28,4 % -Windleistung 3,6 % Wind: gering Last: hoch

6 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Last 4 11 GW Erzeugung installiert Speicher- Kapazität GW 4 11 GW 13 GW 35 GW GW 12 GWh 20 GWh 20 GWh?

7 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz Bundesdeutscher Durchschnitt 20% Ziel Bund 2020 Mit freundlicher Genehmigung der e-on edis AG

8 3 Herausforderungen im nord-ostdeutschen Stromnetz (31.07) 13(1) meist redispatch 13(2) Abschaltung EEG 14 E.ON edis k.a , 12 EEG (nach ÜNB-Aufforderung) 13(2) EnWG MITNETZ-Strom Anzahl der Eingreif- und Gefährdungstage nach EnWG 13 bei 50 Hertz-Transmission bzw. Tage mit NSM-Aufrufen bei E.ON edis AG und MITNETZ-Strom GmbH Mit freundlicher Genehmigung der 50 Hertz-Transmission GmbH, MITNETZ-Strom GmbH, E.ON edis AG

9 Ergebnisse des Winterbetriebes 2011/2012 Redispatch Winter 2011/2012 Windprognose 50Hertz Redispatch Kappung Erzeugung/Notmaßnahmen Dezember 2011 Januar Gunter Scheibner, Leiter Systemführung 50Hertz Transmission 9

10 4 Handlungsoption Netzausbau 110-kV-Netz E.ON edis AG (Netzgebiet Brandenburg)

11 4 Handlungsoption Netzausbau DENA-Studie 2 (2010) Brandenburg- Studie 2 (2011) Potentiale 2020 Wind Offshore 14,0 GW Wind Onshore 37,0 GW 9,4 GW Photovoltaik 17,9 GW 4,6 GW Biomasse 6,2 GW 0,6 GW Geothermie 0,3 GW Netzausbau 400 kv-neu km 600 km 110 kv-neu /Ertüchtigung Keine Angaben 530 km km

12 P in MW 4 Handlungsoption Speicherung Sturmtief Xynthia : Windeinspeisung in der Regelzone 50Hz Transmission 12'000 10'000 Ist-Vertikale Last Ist-Hochrechnung 50HzT-Regelzone 8'000 6'000 4'000 2' '000-4' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00

13 P in MW 4 Handlungsoption Speicherung Sturmtief Xynthia : Windeinspeisung in der Regelzone 50Hz Transmission 12'000 10'000 Ist-Vertikale Last Ist-Hochrechnung 50HzT-Regelzone Ca. 230 GWh 8'000 6'000 4'000 2' '000-4' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00

14 4 Handlungsoption Speicherung - Wasserstoff Elektrisches Netz kv Windpark mit ca MW installierter Leistung PKW WKA WKA WKA WKA Elektrolyseur WKA WKA WKA WKA GuD Anlage Verbundnetz Gas WKA WKA WKA WKA Biogas Biogas Biogas Importgas Grundkonzept beim Aufbau eines Hybrid-Kraftwerkes

15 4 Handlungsoption Speicherung - Wasserstoff Elektrisches Netz kv Windpark mit ca MW installierter Leistung PKW WKA WKA WKA WKA Elektrolyseur Pilotanlage 6 MW in GuD Anlage der WKA WKA WKA WKA Verbundnetz Gas Uckermark sowie Wasserstoff WKA WKA WKA WKA Importgas -Zentrum an der BTU im Bau Biogas Biogas Biogas Grundkonzept beim Aufbau eines Hybrid-Kraftwerkes

16 4 Handlungsoption Speicherung - Wasserstoff Windenergie-Einspeisung in einem typischen Wintermonat

17 4 Handlungsoption Speicherung - Wasserstoff Windenergie-Einspeisung in einem typischen Sommermonat

18 4 Handlungsoption Speicherung - Wasserstoff Windenergie-Einspeisung in einem typischen Sommermonat Ein Hybrid-Kraftwerk wird mit vertretbaren Gestehungskosten im günstigsten Fall fahrplan-fähig aber niemals grundlast-fähig

19 P in MW 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Sturmtief Xynthia : Windeinspeisung in der Regelzone 50Hz Transmission 12'000 10'000 Ist-Vertikale Last Ist-Hochrechnung 50HzT-Regelzone Ca. 230 GWh 8'000 6'000 4'000 2' Millionen Elektrofahrzeuge (alle KFZ in Ost-Deutschland) mit 500 km elektrischer Reichweite (100kWh) bringen 250 GWh unter der Annahme, dass 50 % der Fahrzeuge gerade am Netz sind und noch einen Ladehub von +/-50 % haben -2'000-4' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00

20 P in MW 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Sturmtief Xynthia : Windeinspeisung in der Regelzone 50Hz Transmission 12'000 10'000 Ist-Vertikale Last Ist-Hochrechnung 50HzT-Regelzone Ca. 230 GWh 8'000 6'000 4'000 2' '000 0,5 Millionen Elektrofahrzeuge (5% der Kfz in Ostdeutschland) mit 100 km elektrischer Reichweite (20 kwh) bringen unter der Annahme, dass 50 % der Fahrzeuge gerade am Netz sind und spontan (wenige Sekunden) mit 20 kw ge- oder entladen werden können, eine pos./neg. Regelleistung von MW für ca min -4' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00

21 4 Handlungsoption Speicherung - Elektromobilität Gradienten in der Regelzone 50 Hertz-Transmission In 2005 in 15 min: +/- 300 MW in 60 min: +/ MW in 24 h: +/ MW In 2009 in 15 min: +/ MW in 60 min: +/ MW in 24 h: +/ MW

22 4 Handlungsoption Speicherung Solare Mobilität Abschätzung für die Stadt Cottbus ( Einwohner) Max. installierbare PV-Leistung: Max. Ladeleistung E-Mobility: Höchste derzeitige Netzlast: ca. 200 MW MW ca. 60 MW Projekt e-solcar Solartankstelle mit Photovoltaik (100 kw) und stationärer Batterieanlage (500 kwh) Solar Energy Research Field (MWFK) Flottenversuch Elektrofahrzeuge (50 Fahrzeuge) und Ladeinfrastruktur (100 Ladesäulen) e-solcar Projekt (MWE)

23 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Projektpartner: - Vattenfall Europe Generation * DEKRA Fahrzeugtestzentrum am Lausitzring - German E Cars 30 Opel Corsa * Opel (PKW) * Mercedes Benz (Transporter) * Toyota (SUV) - BTU Cottbus * 50 Hertz Transmission * Energieversorgung Cottbus 12 Mercedes Sprinter Förderndes Ministerium - Wirtschaftsministerium Brandenburg - Wissenschaftsministerium Brandenburg 4 Toyota Highlander

24 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Projektpartner: Umbau auf Elektroantrieb - Vattenfall Europe e-solcar Generation Teilprojekt * DEKRA Fahrzeugtestzentrum am Lausitzring - German E Cars 30 Opel Corsa * Opel (PKW) * Mercedes Benz (Transporter) * Toyota (SUV) - BTU Cottbus * 50 Hertz Transmission * Energieversorgung Cottbus Förderndes Ministerium - Wirtschaftsministerium Umbau von Brandenburg Hybrid auf Plug- - Wissenschaftsministerium In Hybrid Brandenburg e-solcar Teilprojekt Umbau auf Elektroantrieb bzw. Range-Extender Betrieb e-solcar Teilprojekt 12 Mercedes Sprinter 4 Toyota Highlander

25 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Neubau Energiezentrum Ansteuerung von der Netzleitstelle 15 Opel Corsa Ladestationen e-solcar - BTU Campus ca. 16 Säulen PV Anlage 100kW peak Bi-direktionaler Lader e-solcar Teilprojekt 1 BTU Versuchsfahrzeug Bi-direktionaler Lader e-solcar Teilprojekt Batterie 500 kwh

26 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität 15 Opel Corsa Bi-direktionaler Lader 11 Mercedes Sprinter Ansteuerung von der Netzleitstelle Bi-direktionaler Lader 4 Toyota Highlander Bi-direktionaler Lader

27 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Prototyp CETOS im August 2011

28 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Prototyp PLANTOS-Pritsche im September 2011

29 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Prototyp PLANTOS-Bus im Oktober 2011

30 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Übergabe der 30 CETOS an Vattenfall und BTU im Mai 2012

31 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität

32 5 e-solcar ( ) - BB-Leitprojekt Elektromobilität Übergabe der 12 PLANTOS an Vattenfall und BTU im September 2012

33 6 Training vom Leitstellen-Personal Professional Training Trainingszentrum GRID-LAB (existent) GRID-LAB - Büros (existent)

34 6 Training vom Leitstellen-Personal Trainerplätze Trainingsplätze Seminarbereich für Vorbereitung und Auswertung

35 6 Training vom Leitstellen-Personal Netzforschungs- und Trainingszentrum

36 7 BTU-Netzforschungs- und Ausbildungszentrum Großlabore BTU Energietechnik (existent) Professional Training Neubau BTU Energietechnik (im Bau 2012 /13) incl. BTU-Teil Netztrainingszentrum Research & Teaching

37 Analoges Netzmodell Schutztechnik 7 BTU-Netzforschungs- und Ausbildungszentrum Schalttafel Transformatoren-Bank Server Server UV Schaltpult Schalttafel 380 kv-leitung Einrichtung Netztrainer für Großgeräteantrag GRÖSSE FAX-NR. ZEICHN.NR. REV. MASSSTAB 1:50 BLATT 1 VON 1

38 8 Handlungsoption Internationale Ausbildung englisch-sprachiger Master Power Engineering mit den Richtungen Electric Power Engineering (incl. Trainingszentrum) Power Plant Technology Sustainable Energy Supply 35 % Lehranteil aus der Industrie (kostenfrei) 15 kooperierende Universitäten (Schwerpunkt BRIC und Ost-Europa) derzeit 5 Doppel-Abschlüsse (2xChina, Taiwan, Polen, Russland) 400 Bewerbungen aus 28 Länder zum WS 11/12 bzw. WS 12/13 65 Einschreibung zum WS 11/12 bzw. 100 Einschreibungen zu WS 12/13 PhD Power Engineering zum WS 11/12 in Vorbereitung ( Ziel ist Dual PhD)

39 Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit Weitere Infos unter