Workshop WK Wien Smart Grids: Projekte Andreas Schuster Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe Workshop WK Wien Smart Grids, 10.12.2013, TU Wien
Projekt ZENEM Zukünftige Energienetze mit Elektromobilität Ziele, Methodik und Ergebnisse 2
Projektbeschreibung Synopsis: Mit dem Projekt ZENEM hat man sich zum Ziel gesetzt, die Auswirkungen von zukünftigen E-Taxis auf das Verteilnetz in Wien umfassend zu untersuchen. Förderrahmen: Das Projekt ZENEM wurde aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms NEUE ENERGIEN 2020 (4. Ausschreibung) durchgeführt. Projektdauer: 24 Monate (5/2011 bis 4/2013) Projektkonsortium: 3
Überblick der Projektziele (Methodik) 1) Ermittlung des Energiebedarfs einer zukünftigen E-Taxi-Flotte mit Hilfe historischer GPS-Daten 2) Erhebung der bestehenden elektrischen Verbraucher und Verifizierung durch Messungen 3) Bildung von Szenarien unter Berücksichtigung der Erfüllbarkeit der Mobilität 4) Synthese von Maßnahmen zur Integration der E-Taxi-Flotte in das bestehende Stromnetz 5) Analyse der Auswirkungen der E-Taxi-Flotte auf ausgewählte Verteilnetzabschnitte 6) Betrachtung von ökonomischen und ökologischen Aspekten, sowie politischer und baulicher Rahmenbedingungen 4
Kernaussagen des Projekts 5
Kernaussage 1 Ein Umstieg des derzeitigen Funktaxibetriebs auf Elektrofahrzeuge ist in Wien realisierbar. Mit der Errichtung von Ladestationen an 25 Wiener Taxistandplätzen (22 kw je Ladepunkt) und heutigen Elektrofahrzeugen (24 kwh) sind zumindest 25 % aller Funktaxischichten ohne weitere Änderung des Fahrverhaltens elektrisch bewältigbar. Bei Verdopplung des Ladestellenausbaus, des Ladeleistungslevels und der Batteriekapazität könnten unter diesen Voraussetzungen sogar 75 % aller Funktaxischichten elektrisch erfüllt werden. 6
Kernaussage 2 Bedarfsgerechte Ladesteuerung der E-Taxis ist notwendig, um lokale Überlastungen zu verhindern und einen geregelten Netzbetrieb garantieren zu können. Ungesteuertes Schnellladen führt in den elektrischen Leitungen der betrachteten Niederspannungsnetze zu unzulässigen thermischen Überlastungen, welche im Extremfall sogar den doppelten Wert der erlaubten Grenze annehmen. Dezentrale und bedarfsgerechte Ladesteuerung hilft unerlaubte Leitungsbelastungen zu vermeiden. Teilweise kann sie einen kostenintensiven Leitungsausbau ersetzen, ohne dabei den derzeitigen Funktaxibetrieb negativ zu beeinflussen. 7
Kernaussage 3 Der Aufbau einer adäquaten Ladeinfrastruktur benötigt Investitionen im einstelligen Euro-Millionen-Bereich. Die Abschätzung der jährlichen Kosten zur Errichtung und Instandhaltung von 25 gesteuerten Schnellladestationen (max. 100 kw Anschlussleistung) ergibt eine Annuität von mindestens 220.000 pro Jahr. Ein derzeitiges Elektrofahrzeug (24 kwh) würde im Taxibetrieb etwa 10.000 pro Jahr kosten (Investition und Betrieb, exkl. Ladeinfrastruktur) und liegt somit im Bereich der Aufwendungen für ein konventionelles Mittelklassetaxi. 8
Kernaussage 4 Elektrotaxis liefern in Kombination mit erneuerbaren Energiequellen einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Reduktion. Im Vergleich zu einem konventionellen verursacht ein elektrisch betriebenes Taxi bis zu 80 % weniger CO2-Emissionen (Well-to-Wheel), wenn zur Stromerzeugung erneuerbare Energiequellen eingesetzt werden. Ein Umstieg von 50 % der insgesamt 2.500 Wiener Funktaxis ergibt ein CO2-Einsparungspotential von ca. 10.000 t CO2-Äq. pro Jahr. 9
Projekt adsm aktives Demand-Side-Management Ziele, Methodik und Ergebnisse 10
Projektbeschreibung Synopsis: Das Projekt adsm soll hierarchisch, skalierbare Systeme mit dezentraler Intelligenz entwickeln, welche den Haushalts- sowie den zukünftigen Elektromobilitätsverbrauch flexibel an die lokal erzeugte erneuerbare elektrische Einspeisung anpassen. Förderrahmen: Das Projekt adsm wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms NEUE ENERGIEN 2020 (5. Ausschreibung) durchgeführt. Projektdauer: 23 Monate (3/2012 bis 1/2014) Projektkonsortium: 11
Überblick der Projektziele (Methodik) 1) Bestimmung des verfügbaren DSM-Potenzials (Eigenverbrauchsanteil) im Haushalt und der E-Fahrzeuge 2) Entwicklung und Adaptierung von Prognoseverfahren (PV und Wind) zur Verbesserung der räuml. und zeitl. Auflösung 3) Bestimmung der gesamten Erzeugungsprognosefehler (PV und Wind) für lokale Vorhersagen 4) Erstellung des lokalen adsm Modells auf Haushalts- und Trafoebene 5) Netzbelastungen und deren Auswirkungen ermittelt 6) Funktionstüchtigkeit des adsm-systems in der Demoumsetzung überprüft 12
Konzept PV Haushalt Trafo PV Haushalt PV Haushalt Haushalt 13
Ergebnisse 14
Projekt SYMBIOSE Systemübergreifende optimale dezentrale Hybridspeicher Ziele, Methodik und Ergebnisse 15
Projektbeschreibung Synopsis: Im Projekt SYMBIOSE werden durch die dezentrale Kopplung bestehender, paralleler Infrastrukturen (Strom-, Gas- und Wärmenetze) neue Potenziale und Möglichkeiten für dezentrale Speicher und Umwandlungstechnologien erschlossen. Förderrahmen: Das Projekt SYMBIOSE wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms Neue Energien 2020 (5. Ausschreibung) durchgeführt. Projektdauer: 24 Monate (4/2012 bis 3/2014) Projektkonsortium: 16
Überblick der Projektziele (Methodik) 1) Zeigen, dass durch die Integration und Interaktion von dezentralen Speichern unterschiedlicher Technologien die Nachhaltigkeit massiv erhöht werden kann 2) Durch die Kopplung von bestehenden Infrastrukturen (Strom-, Gas-, Wärmenetz), potentiale für dezentrale Speicher erschließen 3) Auswirkungen auf den Netzbetrieb durch die Kopplung der Infrastrukturen aufzeigen geänderte Betriebsweisen 4) Welche Technologien angewendet werden müssen, um sicheren Parallelbetrieb zu gewährleisten 5) Skalierung der Möglichkeiten auf ganz Österreich und aufzeigen der Potentiale für eine Flächenhafte Anwendung 17
Überblick der Projektziele (Methodik) 18
Ergebnisse Abregelung der erneuerbaren Energiequellen wichtig für die Reduktion der Gesamtsystemkosten Bei sehr starkem Ausbau der erneuerbaren Energiequellen (vor allem PV): Muss aus technischer Sicht Speicher installiert werden Zur Eigenverbrauchsoptimierung müssen diese Speicher nur im Energieinhalt erweitert werden 19
Projekt SORGLOS Smarte Robuste Regenerativ Gespeiste Blackout-feste Netzabschnitte Ziele, Methodik und Ergebnisse 20
Projektbeschreibung Synopsis: Im Projekt SORGLOS werden Methoden und Algorithmen entwickelt, um in einzelnen Netzabschnitten (Microgrids) mittels vorhandener dez. Erzeuger und Speicher sowie installierter Smart Grid-Technologien Blackout-Festigkeit zu erreichen. Förderrahmen: Das Projekt SORGLOS wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms e!mission.at (1. Ausschreibung) durchgeführt. Projektdauer: 24 Monate (3/2013 bis 2/2015) Projektkonsortium: 21
Überblick der Projektziele (Methodik) 1) Robuster Systemansatz erstellt, um im Versorgungsgebiet einen schnellen Netzwiederaufbau zu gewährleisten 2) Regel- und Betriebsführungsalgorithmen aufgestellt, um einen stabilen Inselbetrieb zu gewährleisten 3) Energiemanagement stellt eine geordnete und über die Zeit angepasste Versorgung im Inselbetrieb über einen längeren Zeitraum sicher 4) Analysen der rechtlichen Aspekte einer temporären Inselbildung während externen Versorgungsunterbrechungen 5) Wirtschaftliche Bewertung der Synergieeffekte von Smart-Grid- Systemkonfigurationen mit dem SORGLOS-Systemansatz 22
SORGLOS-Vision 23
SORGLOS-Vision 24
Zusammenfassung der Smart Grids-Anwendungen Effiziente Integration von neuen elektrischen Verbrauchern (z.b. E-Fahrzeuge) bzw. Erzeugern (z.b. Photovoltaik) Intelligentes Zusammenspiel zwischen bzw. Anpassung des Verbrauchs an die dezentrale Erzeugung Dezentrale Kopplung bestehender, paralleler Infrastrukturen (Strom-, Gasund Wärmenetze) Zeitlich begrenzte Unabhängigkeit zum übergeordneten Energienetz und somit sichere Versorgung im Kleingebiet 25
Kontaktdaten Technische Universität Wien Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe Gusshausstraße 25 / E370-1, 1040 Wien - Austria Dr. techn. Andreas Schuster E: andreas.schuster@tuwien.ac.at T: 01 58801 370 134 W: http://www.ea.tuwien.ac.at Diese Projekte wurden aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert. 26