Eigenverbrauchsoptimierung mit der Batterie Forschungsaktivitäten am ESReC

Ähnliche Dokumente
Daten und Fakten VARTA ELEMENT 3

3,2 kwh 1,6 kw 90 % 2,9 kwh EMS VS-Pro 600 x x kg IP V AC, 3-phasig, 50 Hz TN-Netze; TT-Netze 7 Jahre Instandsetzungsgarantie

Solar-Stromspeicher - Forschung am BFH-CSEM Energy Storage Research Center (ESReC)

VARTA Energiespeichersysteme Energie wie sie Dir gefällt

COMPANY PRESENTATION VARTA Storage GmbH

Dezentrale Einspeisung erneuerbarer Energien und Elektromobilität Herausforderungen für das Verteilnetz der Zukunft

Varta energiespeichersysteme energie wie sie dir gefällt

Varta energiespeichersysteme energie wie sie dir gefällt

Varta energiespeichersysteme energie wie sie dir gefällt

Anwendung von PV-Batterie-Systemen in der Schweiz

Dezentrale Energiespeicher im Verteilnetz Chancen, Risiken und aktuelle Entwicklungen

BFH-CSEM Prosumer-Lab BFE-Projekt für Qualität und Stabilität im Haus- und Verteilnetz mittels Energiemanager und Batteriespeicher

E-Mobile-Ladeprofile erhöhen PV- Eigenverbrauch

Speichertechnologien für Erneuerbare

PV2X Prosumer-Lab. BFE P&D Projekt Duglas Urena Hunziker, Labor für Photovoltaiksysteme

VARTA Pulse. Der Einstieg in die Zukunft. Webinar

Batteriespeicher: Elektrische Speichersysteme im praktischen Einsatz. A. Heinzelmann. Zürcher Fachhochschule Dr. A. Heinzelmann

Elektrische Speicher im Energiesystem der Zukunft

ASD GUERILLA. Die Inselkonzeptlösung mit LiFePO4-Technologie NEU

Dezentrale Energiespeicherung bei volatiler Wärme- und Stromerzeugung. Andreas Lücke Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.v.

Energiespeicher für die Energiewende Bedarf, Stand der Technik und Alternativen

Dezentrale Energiesysteme und Speicher Der richtige Mix macht s Dr. Bernd Koch Leiter Dezentrale Energiesysteme, Siemens Deutschland

Technische Daten ENGION FAMILY

Innovation Energiespeicherung & Rahmenbedingungen

Copyright SENEC.IES Vertrieb Süd-West 2

Überblick zu Stromspeichertechniken

Engion Energiespeicher Mit Blick in die Zukunft

Symposium elektrische Energiespeicherung Schweiz

Technologien zur Energiespeicherung im Stromnetz

Phonocube PV Speichersystem

VARTA Energiespeicher

Objekt:... Offerte N 4870 Stromspeicher VARTA 3. Betreiber von Photovolatikanlagen. Sehr geehrte Damen und Herren

MEIN SOLARSTROM - ERZEUGEN, SPEICHERN, SELBST VERBRAUCHEN SOLARFREUNDE MOOSBURG MARTIN HILLEBRAND

Fernwärme DIE KOMFORT-ENERGIE

Für jedes Einfamilienhaus eine Batterie, ist das die Lösung? BFH Zentrum Energiespeicherung Marktpartner Veranstaltung Säntis Energie

Unsere Produkte. Ihr Fortschritt ist unsere Technik! Alpha ESS Strorion Eco ES5. Alpha ESS Strorion OF5 ELEKTRO- & MONTAGE-MEISTERBETRIEB

Die Rolle von Energiespeichern in KMU-Microgrids Ronald Metzig, Dipl.-Ing. (FH)

Batteriespeicher. Michael Koller Leiter Technologiemanagement

DIE ZUKUNFT NACHHALTIGER ENERGIE

Verantwortung leben- Zukunft gestalten. Moderne Autobatterien Speicherkapazitäten, Be- und Entladen Dr.-Ing.

VARTA Energiespeicher

Fachkundig beraten. Batteriespeicher Grundlagen und aktuelle Geschäftsmodelle Niklas Thomas Nürnberg

Speicher in den Verteilnetzen

Pressegespräch E-world energy & water

Batteriespeicher für PV-Anlagen

SPEICHER IM STROMNETZ

Überblick Technologien, Potential, Wirtschaftlichkeit

WohnZukunftsTag Robert Bosch GmbH New Business Area Stationäre Speicher Cordelia Thielitz GDW WohnZukunftsTag

Sonnenenergie aus der Box Günstiger, grüner, selbst produzierter Strom

Technische Daten ENGION FAMILY

Swiss Competence Center for Energy Research (SCCER, Efficiency) Prof. Matthias Sulzer Dozent Energie- & Gebäudetechnik Deputy Leader SCCER - FEEB&D

SolarEdge StorEdge Solution. StorEdge TM - Die Speicherlösung von SolarEdge

Günstiger, grüner, selbst produzierter Strom Energiemanagement in Verbindung mit Speichern

Energiespeicher im Unternehmen

VARTA Energiespeicher

Netzdienstleistungen durch Speicherintegration

Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

Mögliche Energiespeicher im landwirtschaftlichen Betrieb

- Strom speichern - Beispiele Haushaltsspeicher - Beispiel Speicher mit 80 kwh - Förderungen: Speicher und PV generell

PV-Batteriespeicher in der Praxis

Grössere Stromspeicher als Teil des Stromsystems. Florian Kienzle, Smart Grid Spezialist ewz Forum Energie Zürich, 3.

Heim- und Kommunalspeicherlösungen: Wo geht die Reise hin?

Power to Gas Eine neue Langzeitspeicheroption

Gemeinsam in die Zukunft. Wir kümmern uns um Ihren Energiespeicher und Wechselrichter auch nach dem Kauf

Stromspeicherung Technik, Wirtschaftlichkeit, Potenzial

ENERSOL GRAF AG ENERGIE- UND SPEICHERTECHNIK 8355 AADORF.

Heizen mit grünem Strom: PV, Wärmepumpe und Speicher im Zusammenspiel

24 StUnDEn SonnE. technische InforMatIon. made in Germany by Varta Storage Gmbh

Die Rolle von Batteriespeichern beim Ausbau der erneuerbaren Energien

Speichertechnologien. Klassifizierung, Herausforderungen, Potentiale Julia Badeda (ISEA)

Integration von Gebäudespeichersystemen ein Gesamtkonzept aus der Praxis

Energiespeichertechniken und -Systeme

Power to Gas Möglichkeiten und Grenzen

Anwendung von Batteriespeichern

Solare Batteriespeichersysteme - Überblick und Einsatzgebiete

Solarstromspeicher für das Einfamilienhaus

Q CELLS SOLARENERGIE- SPEICHER Q.HOME+ ESS-G1

Speichersysteme für Sonnenstrom Lokalen Agenda 21 Lennestadt Arbeitskreis Umweltbildung

DI(FH)Thomas Feitzlmaier Fronius International GmbH Froniusplatz Wels SPEICHER FRONIUS ENERGY PACKAGE

VARTA Energiespeicher

Institut für Elektrische Energietechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Ingo Stadler

Solarstrom und Speicher

VARTA Energiespeicher

E3/DC All-in-One Stromspeichersysteme

29. Symposium Photovoltaische Solarenergie

Urban Energy Systems Laboratory. BEST Building Energy Systems and Technologies Group

Batteriespeicher zur Eigenstromnutzung

Deutsche Speichertechnologien für den internationalen Markt

BEWIRTSCHAFTUNGSSTRATEGIEN FÜR PHOTOVOLTAIK SPEICHERSYSTEME IM EINFAMILIENHAUS

Professor Photovoltaik/ Leiter PV Labor Berner Fachhochschule Technik- und Informatik/ Burgdorf

FONA-Forum 2015 Leitinitiative Energiewende. Die Rolle von EVUs in der Energieforschung am Beispiel von RWE

KOMBINATION MERCEDES-BENZ ENERGIESPEICHER MIT DEM SMA FLEXIBLE STORAGE SYSTEM PLANUNG, INSTALLATION & INBETRIEBNAHME

Die Multifunktions-USV. ZELOS-Energy - Block. Stand: 2016, Januar

Photovoltaik und Energiespeicherung - weiterhin attraktiv

Herzlich Willkommen. Elbcampus, 18. September 2015

Die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern mit PV-Anlagen unter Berücksichtigung von Fördermöglichkeiten. Dr. Werner Burkner Herrsching,

Eine Einrichtung der Landwirtschaftskammer NRW im Versuchs- und Bildungszentrum Landwirtschaft Haus Düsse

LITHIUMSPEICHER TS HV 70

Power-to-gas aus Energiesystemperspektive

Prosumer Home. Intelligentes Haussteuersystem für Erneuerbare Energien und Elektromobilität. Prosumer Programm, Deutschland

Transkript:

Eigenverbrauchsoptimierung mit der Batterie Forschungsaktivitäten am ESReC Prof. Dr. Andrea Vezzini BFH-CSEM Energy Storage Research Center (BFH-CSEM ESReC) 2015-11-05: Innovationsgruppe secure Home Automation (IGsHA) Berner Institut Fachhochschule für Energie- und Haute Mobilitätsforschung école spécialisée bernoise Berner Fachhochschule Bern University of Applied Sciences

Ihr Referent Name: Andrea Vezzini Position: Professor für Industrieelektronik Berner Fachhochschule Firma / Institut: Institut für Energie und Mobilitätsforschung Strasse/Postfach: Quellgasse 21 PLZ, Ort: 2501 Biel Telefon: +41 / (0)32 / 321 63 72 E-mail: URL: andrea.vezzini@bfh.ch www.ti.bfh.ch Vita / Tätigkeitsbeschreibung Seit 1996 Professor für Industrieelektronik an der Berner Fachhochschule Technik und Informatik Stellvertretender Leiter des SCCER Efficiency in Mobility seit 2013 Leiter des BFH-CSEM Energy Storage Center ESReC seit 2014 Kommissionsmitglied Eidgenössische Energieforschungskommission (CORE) seit 2015 Mitbegründer und Verwaltungsratspräsident der drivetek ag seit 2002 Mitbegründer und Verwaltungsrat der Integrated Power Systems AG seit 2009 Erfinder/Miterfinder von 8/23 Patenten/Patentnennungen auf dem Gebiet der elektrischen Maschinen und Lithium-Ionen-Batteriesysteme 2

hi-tech, Oktober 2014

BFH-CSEM Energy Storage Center Ein unabhängiges, akademisches Energiespeicherforschungszentrum für die Schweiz im Dienste von Wissenschaft und Industrie Testen und Charakterisieren von elektrochemischen Energiespeichersystemen Batterie- und Energie- Management-Systeme Fertigungstechnologien für grossformatige Batteriezellen Integration von Energiespeichern in PV- Systeme Management und Integration von Brennstoffzellensystemen Netzqualitätsmessungen und Simulation von Netzen mit dezentraler Energiespeicherung 4

Aktiv in drei nationalen Forschungsnetzwerken SWISS COMPETENCE CENTER FOR ENERGY RESEARCH (SCCER) FUTURE SWISS ELECTRICAL INFRASTRUCTURE SCCER FURIES EFFICIENT TECHNOLOGIES AND SYSTEMS FOR MOBILITY SCCER MOBILITY HEAT AND ELECTRICITY STORAGE SCCER STORAGE 5

Energiemanagement PV und Batteriespeicher führen zu einem extrem flexiblen Konsumentenverhalten (Prosumer) mit dem Ziel der ökonomischen Maximierung 6

Elektrische Energiespeicher nach der Art der Energiespeicherung Elektroenergiespeicher (EES) Mechanisch Elektrochemisch Elektrisch Pumpspeicherkraftwerk Druckluftspeicherkraftwerk Akkumulatoren Blei/NiCd/NiMH/Li-Ion HT-Akkumulatoren NaS/NaNiCl Doppelschichtkondensatoren Supraleitende Spulen (SMES) Schwungrad Flow- & Gas-Batterien Redox- u. Hybridflow / Metall-Luft Wasserstoff / Reg. Brennstoffzelle 2-2: Einteilung verschiedener Elektroenergiespeicher nach der Art der Quelle: Fraunhofer, Florian Hannig; BMWi-Auftragsstudie 08/28 7

Technologien für elektrochemische Speicher Momentan die dominierende Technologie für den Heimbereich Preisreduktion ist zu erwarten Speicher für Grossspeicheranlagen Zur Zeit eine geringe Marktdurchdringung Mögliche Lösung, aber vom technologischen Standpunkt nicht unbedingt geeignet 8 Source: batteries@isea.rwth-aachen.de, 2015

Einsatzfelder und Speichertechniken Quelle: nach BWK Das Energie-Fachmagazin Bd. 65 (2013) Nr. 4, Springer-VDI-Verlag / C. Bossel / Fachtagung Netztechnik Einsatzfelder Stromhandel Erzeugungsglättung,-verschiebung Lastglättung, -verschiebung Spitzenlastreduzierung EE-Langzeitausgleich Schwarzstart Inselsysteme / Einzelverbraucher (off-grid) Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) Netzersatz (NEA) gering Leistung hoch Momentanreserve Spannungsqualität kurz Primärregelleistung Sekundärregelleistung Minutenreserve Sekunden Minuten Stunden Tage (Ultra-)Kurzzeitspeicher Super Caps / Spulen -Supraleitende Magnetenergiespeicher (SMES) -Kondensatoren -Schwungrad Batterien Speichertechniken Redox-Flow Batterien Thermische Stromspeicher (Pump-)Speicherkraftwerke / Druckluftspeicher (CAES) lang Einsatzzeitraum Thermopotenzialspeicher / Kyrospeicher (Liquid Air) Große (Pump-) Speicherkraftwerke / Power-to-gas (H 2 / syn. Methan) 9

Netzstruktur und Übertragungsleistungen 10 Source: batteries@isea.rwth-aachen.de, 2015

Elektrochemische Speicher Tag-Nacht-Ausgleich, Eigenverbrauchssteigerung bei Photovoltaikanlagen 11

Was kann mit Stromspeichern erreicht werden? Nutzerorientierte Funktionen Verschieben der ungenutzten PV- Erzeugung in die Abendstunden Erhöhung des Eigenverbrauchs Reduktion des Strombezugs vom Netz Kostenvorteile in Nutzungsphase Netzdienliche Funktionen Glättung der Netzlast Vermeidung von Überspeisung des Mittelspannungsnetzes Spannungshaltung Erhöhung der Netzverträglichkeit von PV Quelle: Arbeitskreis Energieberatung - 49. Tagung Elektrische Energiespeicher in Gebäuden Lukas Quurck Leistung in kw L Leistung in kw Energiemenge in kw Wh 10 5 10 15 Verbrauch und Erzeugung 0 0:00 5 6:00 12:00 18:00 0:00 20 25 10 5-10 -15-20 PV Erzeugung Netzlast Verbrauch 0 0:00-5 6:00 12:00 18:00 0:00-25 30 25 20 15 10 5 ohne Speicher Ladezustand des Speichers mit Speicher 0 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Energiemenge im Speicher E_max 12

Bleibatterien 13

Lithium-Ionen Batterien 14

Redox-Flow Batteries 15

IMERGY ESP5TM SERIES: 5 kw, 15-30 kwh Imergy ESP5 Series System Specifications Output Power 5 kw Energy Capacity Cycle Life 15/20/25/30 kwh Unlimited or 10 years Discharge : Charge Ratio Up to 3 : 1 Ambient Temperature Range Charge Voltage Range Output Voltage Range Duty Cycle -20 C to +55 C / -4 F to +131 F Up to 58 VDC Nominal 48 VDC Continuous DC Efficiency 70-75% Monitoring Five-band: UMTS/HSPA 850/800, 900, 1900, 2100 MHz Quad-band: GSM/ GPRS/EDGE 850/900/1800/1900 MHz SMS messaging Ethernet/RS485/RS232 Ideal for Critical Applications Imergy Power Systems has achieved a fundamental milestone in energy storage by developing an exclusive process for producing high-performance flow batteries with recycled vanadium from mining slag, oil field sludge, fly ash and other forms of environmental waste. As a result of this technology and other developments, Imergy will be able to lower the cost of its flow batteries from $500 a kilowatt hour, already an industry benchmark, to under $300 per kilowatt hour. 16

Typischer Haushaltstromverbrauch. 8000 7000 6000 Mehrfamilienhaus Einfamilienhaus Unter «Allgemeinstromverbrauch» fallen allgemeine Beleuchtung, Heizungspumpen, Lüftung usw. [KWh/a] 5000 4000 3000 2000 1000 0 ohne mit Elektroboiler ohne mit Elektroboiler pro 1 zusätzliche Person Elektroboiler Geräte, Beleuchtung Allgemeinstromverbrauch S.A.F.E. 17

Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad Eigenverbrauchsanteil (links) und Autarkiegrad (rechts) in Abhängigkeit der nutzbaren Speicherkapazität und PV-Leistung, jeweils normiert auf den Jahresstrombedarf in MWh. Durch die Normierung lassen sich die Bewertungsgrössen für Haushalte je nach der Höhe des Jahresstrombedarfs abschätzen. Grafiken: Solarpraxis AG /Harald Schütt nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Eigenverbrauchsanteil 2,5 2,0 90 % 80 % 1,5 70 % 60 % 50 % 1,0 40 % 0,5 0 0 0,5 1,0 1,5 PV-Leistung in kwp/mwh 30 % 2,0 20 % 2,5 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 20 % 10 % 30 % 40 % 50 % 0 0 0,5 1,0 PV-Leistung in kwp/mwh Autarkiegrad 60 % 1,5 70 % 2,0 80 % 2,5 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Quelle: Abbildung www.pv-magazine.de 1: Eigenverbrauchsanteil / pv (links) magazine und Autarkiegrad 01/2013 (rechts) in Abhängigkeit der nutzbaren Speicherkapazität und PV-Leistung, jeweils nor- 18

PV-Storage: Bestimmen der Batteriegrösse Nutzbare Speichenergie ist im Mittel 6.25kWhr Blei- und Lithium-Technologie haben unterschiedliche Entladetiefen (DoD) bei gleicher geforderter Lebensdauer 19 Source: batteries@isea.rwth-aachen.de, 2015

Dual-Use: Anzahl Zyklen und Alterung Depth of Discharge defines aging and therefore costs 20

Dual-Use: Uninterruptable Power Suplly 21

Anschlussarten

Tesla Powerwall: Specs DC-gekoppeltes Speichersystem 23

Varta Element 6 Komplettsystem mit integriertem Wechselrichter sowie Batterie- und Energiemanagement für 6 300 (3.2kWh) VARTA ELEMENT 3 VARTA ELEMENT 6 SYSTEM Nominale Batteriekapazität Systemleistung Entladetiefe Nutzbare Speicherkapazität Energiemanagementsystem Maße (B x H x T) in mm Gewicht inkl. Batteriemodule Schutzklasse Netzanschluss Netzformen Systemgarantie* 3,2 kwh 1,6 kw 90 % 2,9 kwh EMS VS-Pro 600 x 1.176 x 500 105 kg IP22 400 V AC, 3-phasig, 50 Hz TN-Netze; TT-Netze 7 Jahre Instandsetzungsgarantie 6,4 kwh 2 kw 90 % 5,8 kwh EMS VS-Pro 600 x 1.176 x 500 145 kg IP22 400 V AC, 3-phasig, 50 Hz TN-Netze; TT-Netze 7 Jahre Instandsetzungsgarantie BATTERIE Elektrochemie Zelle Zellüberwachung Lade-/Entladezeit Garantie auf Batteriezellen* Lithium-Ionen vollintegriert ~2 h bis zum max. Ladezustand 10 Jahre oder 6.000 Zyklen** Lithium-Ionen vollintegriert ~3 h bis zum max. Ladezustand 10 Jahre oder 6.000 Zyklen** FUNKTION Eigenverbrauchsoptimierung Energiemanagement Leistungserfassung Auslesefunktionen/Service Visualisierung 3-phasig integriert, vollautomatisch 3-phasig über Stromsensor Ethernet Internet-Webportal und interner Webserver 3-phasig integriert, vollautomatisch 3-phasig über Stromsensor Ethernet Internet-Webportal und interner Webserver SMART HOME Datenschnittstelle Systemerweiterung (optional) Steuerung/Überwachung/Monitoring XML, Modbus/TCP 4 programmierbarere Schaltkontakte zur Lastensteuerung, Solar-Log, meteocontrol, RWE SmartHome, LichtBlick (SchwarmStrom) PC, Tablet, Smartphone XML, Modbus/TCP 4 programmierbarere Schaltkontakte zur Lastensteuerung, Solar-Log, meteocontrol, RWE SmartHome, LichtBlick (SchwarmStrom) PC, Tablet, Smartphone BETRIEBSSTATUS Laden/Entladen eigenverbrauchsoptimiert eigenverbrauchsoptimiert 24

Prosumer-Lab Mehr Erzeugung erneuerbarer Energie, Ausbau eines intelligenteren Stromnetzes und höhere Speicherkapazität das sind die drei entscheidenden Elemente für das Gelingen der Energiewende. Quelle: Zeit online, 27. April 2013 25

Seite 26 Seite 26

Prosumer-Lab: P&D für das Smart-Building Pilot- und Demonstrationsanlage für Systemkomponenten in intelligenten Gebäuden anhand variabler, flexibler und reproduzierbarer Verhaltensszenarien von Prosumenten Entwicklung, Tests und Demonstration neuer Strategien und Algorithmen für Energiemanagementsysteme für die zuverlässige, kosten- und energieeffiziente Gebäudeintegration ins Verteilnetz Entwicklung und Demonstration von standardisierten Tests und Umgebungen zur Bewertung von Energiemanagementsystemen in intelligenten Gebäuden Studie über die Effekte verteilter Energiemanagementsysteme und Komponenten auf die Netzqualität im Gebäude und an der Netzanschlussstelle sozioökonomische Analyse des Unternehmens-Ökosystems mit dem Ziel innovative Geschäftsmodelle für Verteilnetzbetreiber zu entwickeln Seite 27

Prosumer-Lab: Konzept (PQ-) Messung Remote-Test Infrastruktur Netz PV Simulator Grid Simulator Speicher EmulaCons- und Hardware-Infrastruktur (AC-Netz,50kVA) EVO2 RCDP Sim-Box Interfaces Lastprofile Datenbank 3-phasen 4-Quadranten Last (Oberschwingungsfähig) WP Klima BaV emob Haus Netz Seite 28 Gateway

Fazit 29

Synopsys Elektrochemische Speicher erlauben die Integration eines höheren Anteils an erneuerbaren Energien ins Verteilnetz und fördern den Eigenverbrauch Elektrochemische Speicherlösungen sind heute erhältlich und in gewissen Anwendungen auch ökonomisch sinnvoll Dual-Use Anwendungen erhöhen den ökonomischen Nutzen von Speicheranwendungen Mit zunehmender Durchdringung des Netzes mit Speichern zur Eigenverbrauchsoptimierung sollten auch netzdienliche Funktionen möglich werden Speicherlösungen in der Mobilität werden die Preisentwicklung auch in den Anwendungen der Energietechnik vorantreiben. Neue Installationen eignen sich besonders für DC-gekoppelte Systeme in Kombination mit Hybrid-WR, AC-Systeme eignen sich insbesondere zum Nachtrüsten bestehender PV-Anlagen 30

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Andrea Vezzini BFH-CSEM Energy Storage Research Center 2015-10-28: energie-cluster.ch: Innovatives Netzmanagement als neue Aufgabe Berner Institut Fachhochschule für Energie- und Haute Mobilitätsforschung école spécialisée BFH bernoise TI Bern University of Applied Sciences