Stromerzeugung im Saarland von Kohlestrom zu Wind- und Sonnenstrom Michael Igel, Prof. Dr.-Ing., htw saar Jens Leinenbach, Dipl.-Ing. (FH), energis-netzgesellschaft mbh Christian Breuer, M.Sc. Elektrotechnik, Steag Technischer Service GmbH Institut für Elektrische Energiesysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Version 1.0-19.11.2014
Stromerzeugung bisher Wer sagt dem Kraftwerk, dass wir Strom brauchen? Dampf Turbine 3000 U/min G 3~ Strom M 1 Drehzahl U/min Netzfrequenz f (t) = 50Hz Gleichgewicht der Drehmomente Wirkleistung Turbine T = Antrieb ; Generator G = Bremse P M 2 f M M f 50 Hz konst. T G N f (t) 50Hz Zeit t 2
Stromerzeugung bisher Wer sagt dem Kraftwerk, dass wir Strom brauchen? Dampf Strom M 1 Turbine G 3~ Drehzahl U/min Netzfrequenz f (t) M 2 Zusätzliche Last erhöht das Bremsmoment am Generator Last wirkt wie eine zusätzliche Bremse Drehzahl und Netzfrequenz sinken MT MG fn f (t) 50Hz Zeit t 3
Stromerzeugung bisher Wer sagt dem Kraftwerk, dass wir Strom brauchen? Dampf Strom Turbine G 3~ Drehzahl U/min Netzfrequenz f (t) Drehzahlregler erhöht (Dampf)Antrieb ΔM Drehzahl und Netzfrequenz steigen f (t) 50Hz M M M f T G Zeit t 4
Stromerzeugung bisher Netzfrequenz Kommunikation mit den Kraftwerken in Echtzeit!!! Dampf Strom Turbine G 3~ Drehzahl U/min Netzfrequenz f (t) Drehzahlregler erreicht 3000 U/min Netzfrequenz 50Hz wieder erreicht f (t) 50Hz M M f 50 Hz konst. T G N Zeit t 5
Netzregelung Statik K 19.500 MW Hz f 50mHz P 975MW f 80mHz P 1.560MW (Quelle: entso-e) Frequenzregelung = Leistungsregelung 6
Strom aus Kohle und Gas Trier Köln Σ Saarland: P inst 2.700MW davon 110kV: P inst 1.110MW 90MW 724MW 780MW Bürstadt Otterbach Gas 120MW 6MW 5MW 110kV 380/220kV Kohle Vichy St. Avold 310MW 230MW 236MW 53MW 133MW 39MW 10MW Installierte Leistung P inst 7
Energiewende im Saarland 12 4 10 17 Σ Kohle/Gas 1.110MW Σ Wind Σ Solar Σ Biomasse Σ Wasser 21 206MW 316MW 11MW 10MW Σ Grubengas 54MW Σ EEG 600MW 6 3 21 11 6 6 7 3 15 25 6 8 2 12 3 65 MW 2 12 5 6 9 5 6 5 11 9 8 4 8 10 8 3 9 4 7 6 2 5 11 11 7 11 1 3 12 2 3 10 9 3 1 4 11 15 4 8
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Stromspeicher im Saarland Forschungsprojekt LionGrid 3 Ziele: Erarbeitung einer technischen Lösung für die Einbindung dezentraler Energieerzeuger mit Hilfe von Batterien Systemtechnische Betrachtung (Hardware, Software) Energiewirtschaftliche Betrachtung Projektlaufzeit: 2012-2015 Feldtest: 09.2014-12.2015 Anzahl: 20 Feldtestteilnehmer 13
Stromspeicher im Saarland Energiemanagement & netzphysikalische Einbindung Lithium-Ionen- Energiespeicher Feldtestsystem # 1 1-phasig; 4,6 kw; 4 kwh am Standort Illingen der energis GmbH Kommunikationseinrichtung (Gateway) Wechselrichter Bidirektionale Kommunikation Energiemanagement 14
Stromspeicher im Saarland Selbstverbrauchssteigerung Last Lastprognose-Kollektiv (prognostizierte Gesamtlast des Kundenkollektivs) Last Zielprognose-Kollektiv (Ziellast des Kundenkollektivs) Verstetigung Lastprofil führt zu Zeit Zeit A B geringeren Energiebezugskosten und geringere Netzbelastung Ein-/Ausspeisung Akkukollektiv Fahrplanprognose-Akku-kollektiv (A-B) (Optimierung bzw. einfache Linien-Berechnung) zusätzlicher Wertbeitrag durch kollektive Optimierung Zeit Ableitung Einzelfahrpläne (Optimierung unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen) verringertes Netzentgelt durch Schaltbarkeit bzw. Planbarkeit Ein-/Ausspeisung Akku_1 Zeit... Ein-/Ausspeisung Akku_n Zeit Versand 15
Ingenieurstudium an der HTW Labor für Netzintegration Lithium-Ionen-Batterie Lithium-Titanat- Zellen im Format A5 9 Module zu je 2kWh U DC = 414V 18kW, 18kWh PV-Wechselrichter und Batteriewechselrichter Netzanschlusspunkt (NAP) 16
LiIon-Batterien - Potenziale Ein (theoretisches) Beispiel mit Lithium-Ionen-Batterien 1 m 3 27 3 kwh Energie 80 kwh/m 3 3 kw Leistung 80 kw/m 3 Leistung 108 Mio. m 3 80 kw/m 3 = 8.640 GW 18.000 Leistung Schluchsee Lastspitze 80.000 MW = 80 GW 1% Volumen Schluchsee Energie 108 Mio. m 3 80 kwh/m 3 = 8.640 GWh 35 Energie Schluchsee Jahresenergiebedarf Deutschland 600 Mrd kwh Energiebedarf für 5 Tage 17
Energiewende im Saarland Kohle- und Gas-Kraftwerke 1.100MW Erneuerbare Energien 600MW Innovative Speicherprojekte LionGrid 4kW, 4kWh... LESSY 1MW, 700kWh Präqualifikation nach TC2007... 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Die Energiewende ist im Saarland im Gange. 18