Smart Buildings Gebäude im intelligenten Stromnetz

Transkript

1 Smart Buildings Gebäude im intelligenten Stromnetz Timm Rössel

2 + Team Lehre Architekturstudium Masterstudiengang ClimaDesign Stadt und Energie Gebäude und Haustechnik 2

3 Integration in Gebäude? Biomasse Solarenergie Geothermie Wasserkraft Windenergie 3

4 Entwicklung der Kraftwerksleistung in Deutschland [BMU] 4

5 Last in GW ast in GW B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Stromerzeugung 2015 (Winter) Stromerzeugung 2045 (Winter) Photovoltaik 80 Wind KWK MO DI Photovoltaik MI Wind DO KWK FR SA SO Photovoltaik Wind KWK Biomasse Pumpspeicher [Kuhn, KWK 2011, IfE] 100 Entladen Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Biomasse Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine 937 Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kernenergie Biomasse 40 Pumpspeicher 20 Entladen Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk 0 Gasturbine -20 Steinkohle Braunkohle -40 Kernenergie MO DI MI DO FR SA SO Steinkohle Braunkohle 60 Kernenergie Laufwasser 5 Braunkohle 120 Wind PhotovoltaikWind KWK Kernenergie Laufwasser Photovoltaik Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind resultierender Last Last Lastverlauf Residuale Last Last konventionelle Erzeugung Pumspeicher Laden Pumspeicher Laden * beispielhafte Darstellung einer Woche für Deutschland, Last und Einspeisung synthetisiert.

6 Last in GW ast in GW B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Stromerzeugung 2015 (Winter) Stromerzeugung 2045 (Winter) Photovoltaik 80 Wind KWK Photovoltaik Wind KWK Biomasse Pumpspeicher [Kuhn, KWK 2011, IfE] 100 Entladen Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Biomasse Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine 937 Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kernenergie 60 Steinkohle Braunkohle 60 Kernenergie Laufwasser 6 Braunkohle 120 MO DI Photovoltaik MI Wind DO KWK FR SA SO Wind PhotovoltaikWind KWK Kernenergie Laufwasser Photovoltaik Biomasse 40 Pumpspeicher 20 Entladen Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk 0 Gasturbine -20 Steinkohle Braunkohle -40 Kernenergie MO DI MI DO FR SA SO -60 Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind resultierender Last Last Lastverlauf Residuale Last Last konventionelle Erzeugung Pumspeicher Laden Pumspeicher Laden * beispielhafte Darstellung einer Woche für Deutschland, Last und Einspeisung synthetisiert.

7 Last in GW ast in GW B B11 EE, KWK und Last in GW EE, KWK und Last in GW B B11 Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Stromerzeugung 2015 (Winter) Stromerzeugung 2045 (Winter) Photovoltaik 80 Wind KWK Photovoltaik Wind KWK Biomasse Pumpspeicher [Kuhn, KWK 2011, IfE] 100 Entladen Biomasse Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Biomasse Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine 937 Entladen Kombikraftwerk Pumpspeicher Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Entladen 961 Kombikraftwerk Gas-und-Dampf- Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kombikraftwerk Gasturbine Steinkohle Braunkohle Kernenergie 60 Steinkohle Braunkohle 60 Kernenergie Laufwasser 7 Braunkohle 120 MO DI Photovoltaik MI Wind DO KWK FR SA SO Wind PhotovoltaikWind KWK Kernenergie Laufwasser Photovoltaik Biomasse 40 Pumpspeicher 20 Entladen Gas-und-Dampf- Kombikraftwerk 0 Gasturbine -20 Steinkohle Braunkohle -40 Kernenergie MO DI MI DO FR SA SO -60 Biomasse Wasser Geothermie Biomasse Laufwasser KWK Lastverlauf PV PV Bedarf Wind resultierender Last Last Lastverlauf Residuale Last Last konventionelle Erzeugung Pumspeicher Laden Pumspeicher Laden * beispielhafte Darstellung einer Woche für Deutschland, Last und Einspeisung synthetisiert.

8 Smart Grid [ClimaDesign, OBB Büro für Gestaltung Wangler & Abele] 8

9 Smart Building [Siemens] 9

10 Lastmanagement 10

11 Lastmanagement 11

12 Energiemanagementsysteme 12

13 Beispiel Kühlung Bürogebäude Großraumbüro abgehängte Decke (leicht) Luftkühlung keine Abschaltung Simulationsdauer Juli, August 13

14 Beispiel Kühlung Bürogebäude Großraumbüro abgehängte Decke (leicht) Luftkühlung 3x Abschaltung 0,5h Simulationsdauer Juli, August 14

15 Beispiel Kühlung Bürogebäude Großraumbüro freie Decke (schwer) Flächenkühlung 3x Abschaltung 0,5h Simulationsdauer Juli, August 15

16 Temperatur in C Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Temperaturverlauf bei Abschaltvorgang (Heizfall) / 22. Januar laufende Stunde in h Außenlufttemperatur op. Temperatur - schweres Gebäude op. Temperatur - leichtes Gebäude 16

17 Temperatur in C Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Temperaturverlauf bei Abschaltvorgang (Heizfall) / 22. Januar vor Abschaltung op, leicht = 21,1 C nach ca. 6 h op, leicht = 19,3 C laufende Stunde in h nach ca. 9 h op, leicht = 18,2 C Außenlufttemperatur op. Temperatur - schweres Gebäude op. Temperatur - leichtes Gebäude 17

18 Temperatur in C Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Temperaturverlauf bei Abschaltvorgang (Heizfall) / 22. Januar vor Abschaltung op, leicht = 21,1 C op, schwer = 21,1 C laufende Stunde in h Außenlufttemperatur op. Temperatur - leichtes Gebäude op. Temperatur - schweres Gebäude nach ca. 6 h op, leicht = 19,3 C op, schwer = 20,0 C nach ca. 9 h op, leicht = 18,2 C op, schwer = 19,8 C Abschalten der Heizanlage auch über mehrere Stunden möglich 18

19 Veränderung der Betriebsweise 19

20 Wärmespeicherpotential Heizfall Potential heute (2% der Wohnfläche in Deutschland wird mit Wärmepumpen beheizt) MWh thermisch MWh elektrisch Elektroautos 20

21 Wärmespeicherpotential Heizfall Vision (100% Wärmepumpenanteil) MWh thermisch MWh elektrisch Elektroautos 21

22 elektrische Leistung Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Fazit Lastverschiebungspotenzial vorhanden Verschiebungspotenzial zeitlich begrenzt teilweise höherer Leistungsbezug nach Abschaltung Zeit teilweise Energieeinsparungen möglich 22

23 elektrische Leistung Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik Fazit Lastmanagementpotenzial mit Gebäudeautomation nutzbar intelligente Steuerung notwendig: resultierende Zusatzleistungen z.b. bei Kältebereitstellung kann über Lüftungsanlage abgefangen werden Zeit 23

24 Hardware-In-The-Loop 24

25 Adaptive Gebäuderegelung 25

26 Praxisumsetzung Siemens City Wien Projektpartner Siemens Building Technologies 26

27 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Timm Rössel