Christoph Winterhalter, Leiter des ABB Forschungszentrums Deutschland Forschung für die Energieinfrastruktur der Zukunft

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1 Christoph Winterhalter, Leiter des ABB Forschungszentrums Deutschland Forschung für die Energieinfrastruktur der Zukunft , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 1

2 Inhalt Forschung bei ABB Technologietrends und Anforderungen Bedeutung der Energieinfrastruktur Lösungsansätze Beispiele von Forschungsbeiträgen Zusammenfassung , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 2

3 Forschungsstandorte Västeras/Oslo Ladenburg Krakau Peking Raleigh Baden Shanghai Bangalore , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 4

4 Forschungszentrum Ladenburg Strategische Kundensegmente Prozessautomation Architekturen und Engineeringmethoden von der Feld- bis zur Leitebene für zukünftige Prozessautomatisierungssysteme Fabrikautomation Technologien, Engineeringmethoden und Applikationen für ein effizientes Zusammenspiel der Schlüsselkomponenten in der Fertigungsindustrie Servicelösungen Technologien, Prozesse und Geschäftsmodelle für das industrielle Dienstleistungsmanagement über den gesamten Lebenszyklus unserer installierten Basis Gebäudeautomation Heim- & Gebäudeinfrastrukturlösungen für Energieeffizienz, altersgerechte Assistenzsysteme, Elektromobilität und intelligente Netzinteraktion Mechatronik für Energietechnik Aktorik und Sensoriklösungen auf Geräteebene zur effizienten Übertragung und Verteilung von Elektrizität , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 6

5 Energieinfrastruktur der Zukunft Technologietrends und Anforderungen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern kann nur im Verbund mit anderen Energie-Quellen oder Speichern für eine kontinuierliche Energiebereitstellung genutzt werden. Durch die Zunahme der Erzeugung durch nicht-steuerbare Photovoltaik- und Windkraftanlagen wird Laststeuerung immer wichtiger könnte die Flotte an Elektrofahrzeugen weltweit auf 40 Millionen ansteigen. 2 Die dafür benötigte Ladeinfrastruktur muss erst noch gebaut werden. Schnellladeoptionen können von der heutigen Netzinfrastruktur nicht bereitgestellt werden. 2 Quellen: CS Investment Bank, Boston Consulting, Renault-Nissan, Roland Berger , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 7

6 Entwicklung der Stromerzeugung Leistung durch Windkraftanlagen in Deutschland , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 8

7 Stromerzeugung in Deutschland Schwankungen im Tagesverlauf Der Stromverbrauch variiert im Lauf eines Jahres und zwischen Tag und Nacht. Um die Nachfrage jederzeit decken zu können, werden Reservekapazitäten benötigt, die aus ökonomischen wie aus Umweltgesichtspunkten auf ein Minimum begrenzt werden sollten. Die Herausforderung einer zuverlässigen Stromversorgung wächst mit zunehmendem Anteil nicht steuerbarer erneuerbarer Energien. Elektrische Speichertechnologien können helfen, das Problem zu vermindern , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 9

8 Lösungsansätze Optimierung von Versorgung und Nachfrage Verstärkung und Vermaschung des Hochspannungsübertragungsnetzes mit benachbarten Regelzonen Energiespeicherung mittels Pumpspeicheroder Druckluftspeicherkraftwerken Demand Side Management (zeitweiliges Abschalten oder verzögerter Betrieb nicht zwingend notwendiger Verbraucher) Smart Grids bieten neue Möglichkeiten, bei denen der Konsument viel mehr involviert wird, um den Verbrauch an die verfügbaren Kapazitäten anzupassen Dies wird nur funktionieren, wenn die Mitwirkung den Verbrauchern ökonomische Anreize bietet , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 10

9 Smart Grid: Energie- und Automationstechnik Infrastrukturen wachsen zusammen Smart Grid ABB cpmplus Energy Manager Prozess-/ Energieleitsystem Eigenstromerzeugung AC 500 Prozessreaktionen Lagertemperatur Füllstandsmanagement Büroklimatisierung Energietechnik Industrieautomatisierung , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 11

10 ABB Smart Grid: Energie- und Automationstechnik Infrastrukturen wachsen zusammen Smart Grid Gebäude automation Gateway elektronischer Zähler Visualisierung, Aktorik Energietechnik Gebäudeautomatisierung , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 12

11 Wohnhäuser und gewerbliche Gebäude Erhebliche Energieeinsparpotenziale Mehr als 70 % der weltweiten CO 2 - Emmisionen werden in Städten produziert Wohnhäuser und gewerbliche Gebäude sind das größte Energieverbrauchersegment mit den höchsten Zuwächsen in Europa und den USA 1 Mehr als 50 % des Energieverbrauchs davon ist elektrisch Heizung, Klimaanlagen Beleuchtung andere Geräte Einsparungen von % sind je nach Geräteart möglich 2 1 EIA, DOE, Buildings energy data book, IEA Annual energy reports, European Commision reports , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 13

12 Optimierung von Versorgung und Nachfrage Die Rolle des Verbrauchers Heute entscheiden Verbraucher wann und wie viel Energie sie verbrauchen, unabhängig von der aktuellen Versorgungssituation. Energieerzeuger planen Stromerzeugung und liefern, ohne detaillierte Verbrauchsprognosen zu kennen. Mittels effektivem Informationsaustausch und Automatisierung von Korrekturmaßnahmen auf beiden Seiten können Angebot und Nachfrage optimiert werden. Für die USA wird das Reduktionspotenzial der Spitzenlast durch Demand Response auf 20 % geschätzt. 1 1 FERC 2009 Das zukünftige Energiesystem muss einen effektiven Dialog zwischen Versorger und Verbraucher ermöglichen , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 14

13 Energieinfrastruktur der Zukunft Fragestellungen Wie viel Strom benötigt ein Unternehmen oder Haushalt zu welcher Zeit im Jahres- bzw. Tagesverlauf? Welcher Unternehmens-/Produktionsstandort verbraucht am meisten Energie und warum? Welche Verbraucher sind Energiefresser, die ersetzt bzw. sehr bewusst eingesetzt werden sollten? Wie intelligent sind Verbraucher bzw. welche Daten werden über welche Kommunikationsprotokolle und Medien zur Verfügung gestellt? Wie wird der Energieverbrauch für Privathaushalte, Gebäude oder Produktionsanlagen visualisiert bzw. geplant und gesteuert und welche Daten sind dafür notwendig? Wo werden die dafür benötigten Daten gespeichert und wie kann Datenmissbrauch verhindert werden? , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 15

14 Beispiele von Forschungsbeiträgen Stockholm Royal Seaport Wohnungen Arbeitsplätze Ziel 2030: Frei von fossilen Energieträgern Smart Grid Labor Forschung, Entwicklung, Simulation und Implementierung von Smart Grid Anwendungen Intelligente Umspannwerke Steigerung von Effizienz und Zuverlässigkeit durch höheren Automatisierungsgrad Verteiltes Energiesystem Integration von lokal erzeugtem PV- und Windstrom in Heim/Gebäude-Automatisierungslösungen Integration und Nutzung von Elektrofahrzeugen Integration einer PHEV Ladeinfrastruktur Energiespeicher zur Netzunterstützung Erhöhte Netzstabilität und Stromqualität Intelligente Gebäude und Demand Response Reduzierte Lastspitzen und erhöhte Energieeffizienz durch Demand Side Beteiligung und Heim/Gebäude-Automatisierung Hochspannungsversorgung von Schiffen , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 16

15 Beispiele von Forschungsbeiträgen Helsinki - Kalasatama Einwohner Arbeitsplätze Elemente eines CO 2 neutralen Energiesystems Verteilte Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien und marktbasierte Laststeuerung Elektromobilität Energiesysteme in Gebäuden, die sich an die Bedürfnisse der Bewohner anpassen Fehlertolerante Stromnetze Selbstheilungskonzepte mit Hilfe eines hohen Anteils von Netzautomatisierung Inselbetrieb des Verteilnetzes mit verteilten Energiespeichern Neue Dienstleistungen für Endkunden Neue Dienstleistungen für die Elektromobilität Neue marktbasierte Energiedienstleistungen Virtuelle Kraftwerkskonzepte inklusive PV, Windkraft, Laststeuerung und Energiespeicher , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 17

16 Beispiele von Forschungsbeiträgen Insel Gotland Einwohner Zuverlässigkeit im Smart Grid Kontext - Marktmechanismen und technische Aspekte testen und verifizieren Exzellente Testregion: 100 % Smart Meter installiert Hoher Prozentsatz an Windkraft vorhanden Erheblicher Zubau von Windkraftanlagen geplant Erweiterung des existierenden Stromnetzes Partnerschaft mit Lieferanten und Universitäten, um neuestes Wissen und Technologie zu integrieren Kommerzieller Test der erweiterten Kundenbeteiligung auf dem Strommarkt Integration von Elektrofahrzeugen Musterregion für ganz Schweden in 2030 >30 % Windkraft >15 % Elektromobilität , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 18

17 Beispiele von Forschungsbeiträgen T-City Friedrichshafen Verbindung von Smart Metering mit Systemen zur Heimvernetzung durch Multi Utility Server (MUS) Informationen aus dem Netz verarbeiten Anweisungen an Haushaltsgeräte weitergeben Energiesparpotenziale erkennen Per Smartphone fast den gesamten Haushalt fernsteuern und z.b. von unterwegs die Heizung an- und abschalten , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 19

18 Zusammenfassung Die Energieinfrastruktur der Zukunft kann nur interdisziplinär im Zusammenspiel zwischen Energieversorgern, IT-Dienstleistern, Geräteherstellern und den verschiedenen Verbrauchergruppen entwickelt werden. ABB ist eine der wenigen Firmen, die in allen betroffenen Bereichen bereits Produkte und Lösungen anbietet und somit Zugang zu allen relevanten Kundengruppen besitzt, um ganzheitliche Szenarien interdisziplinär zu betrachten und Lösungen zu erarbeiten. ABB arbeitet aktiv an verschiedenen Verbundprojekten, um Energieversorgungs- und Nutzungsszenarien zu analysieren und an der Konzeption und dem Umbau der dafür benötigten Infrastruktur mitzuarbeiten , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 20

19 , , Ladenburg, Pressetag im Forschungszentrum 21 Slide 21