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Energiewende
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Unternehmenssitz Waiblingen, Produktion und Entwickl ung
Gründung 1994
Produktprogramm Komponenten und Systeme für intellig ente Energie-Verteilnetze
Zertifizierung ISO 9001 seit 2001
Kunden Energieversorger, Großindustrie,
Schaltanlagenhersteller
Kries-Energietechnik GmbH & Co KG
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A) Entwicklung der Stromversorgung
B) Smart-Grid / Energy-Web
1 Verbrauchs-Optimierung (Demand-Management)
Smart-Metering
Welche Rolle spielt die Elektroautomobilität?
2 Wie entwickelt sich die regenerative Energievers orgung?
3 Verteilnetz-Optimierung (Distribution Management ) / Energy-Web
Einblick in die Aufgaben von Kries-Energietechnik
Energiewende
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1) Seit ca. 1960er:Zentrale-Großrechner Hierarchische Datennetze, Baumtopologie
REntwicklung Datenverarbeitung / StromversorgungQuelle: Jeremy Rifkin: Stromversorgung folgt Datenv erarbeitung
1) Seit ca. 1950er:Zentrale Primärenergie-KraftwerkeHierarchische Verteilnetze, Baumtopologie
2) Seit ca. 1970er:Dezentralisierung der Rechner ab 1969 ARPANET (Dep. of Defence)ab 1990 NSF-Net (Vorgänger d. Internets)Motivation: Sicherheit, Verfügbarkeit
3) Heute, vorhanden:Vermaschte NetztopologieKomponenten:- Zentrale u. dezentrale Rechner- WAN, LAN Netzwerke- Fernübertragungsprotokolle (TCP-IP)- Intelligente Knotenpunkte
Switches, Router
Ergebnis: World-Wide-Web
2) Seit ca. 1970erDezentralisierung der Generatoren
ab ca. 1990 wenige intelligente Netze Motivation: Sicherheit, Verfügbarkeit, Umwelt
3) Heute im Aufbau: Vermaschte NetztopologieKomponenten:- Zentrale u. dezentrale Generatoren- Verbundnetz, Smart-Grid, Micro-Grid- Fernwirkprotokolle (IEC 60870-5..)- Intelligente Knotenpunkte
intelligente Schaltanlagen
Ergebnis: Smart-Grid
4) morgen: Cloud-Computing 4) morgen: Energy-Web
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Entwicklung der Stromversorgung
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Entwicklung Stromversorgung aktuell
1) Vor März 2011: Vorraniges Ziel:a) CO2 Reduktion, d.h. Abschaltung der Kohlekraftwerke,
Reduktion der Emissionen -> E-Carb) Ersatz nicht regenerativer, limitierter Energieträger (Öl, Erdgas, Kohle)
– E-Car aus regenerativen Energien gespeist
2) Nach Fukushimaa) Ausstieg aus Kernkraft; sichere Versorgung aus regenerativen Energien;
Stromsparen; möglichst wenig zusätzliche Verbraucherb) E-Car nur sinnvoll, wenn die Energiebilanz nicht infrage gestellt wird
Heute:- Täglicher Energiebedarf: 1,92 TWh
Energiebedarf bei 1x tanken pro Tag von 1 Million Elektrofahrzeuge: 0,03TWh= gesamtdeutschen Strombedarf von ½ h heute
- Automobilbestand in Deutschland 2010: 40 Millionen, d.h. beim Übergang zu reinen E-Fahrzeugen würde der elektrische Energiebedarf fast verdoppeln
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Entwicklung der Stromversorgung
Deutscher Atomausstieg -> kurzfristig höheren Impor tanteil
-> europäischen Engpass bei gleichzeitigem Ausstieg aller Hauptlieferanten.
Frankreich ist heute bei hohen Temperaturen auf die Energielieferung aus Deutschland angewiesen
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Smart-Grid / Energy-Web
3) Übertragungs- und Verteilnetz Management (T&D Grid-Management)
Implementierung von Informationsübertragung in bestehende Netze
1) Verbrauchs-Optimierung (Demand-Management)
durch Lastmonitoring und Laststeuerung -> Smart-Meters
Nachfragegesteuerte Strompreisgestaltung
2) Dezentrale Energie-Erzeugung (Distributed Generation);
Einbindung regenerativer Energien
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Demand-Management
.. ´so ist Smart Metering ab 1.1.2010 für Strom und Gas in allen Neubauten zwingend sowie auf Anfrage einzuführen
– jeweils soweit technisch machbar und wirtschaftlich zumutbar´.
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Demand-Management
Warum intelligente Zähler (Smart Metering)?
Heute: Verbrauchskontrolle
Künftig: Verbrauchssteuerung
Problem: Strompreis zu gering um Endkunden zur Last optimierung zu motivieren;
keine relevanten Verbraucher mit disponierbarer Lei stung
Ein durchschnittliches Wohnzimmer mit einer Beleuchtungsleistung von 300W 24h zu beleuchten kostet ca. 1,2 Euro
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Sinnvolles Demand-Management: mit E-Car
Heute:
Durchschnittliches Elektroauto hat einen Energiebedarf von ca. 33kWh
- d.h. Ladung über 11 h an Netzsteckdose mit 3kW
- d.h. Ladung über 3,3 h an einer Drehstromdose 10kW
(- d.h. Ladung in 7 Minuten bei einem Leistungs-anschluss mit >280kW)
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Herausforderungen für E-Car
Hauptproblem bleiben auch auf längere Zeit die Batt eriekosten:
Kurzfristige Kostenreduktion möglich, aber
Batteriekosten pro 100km Reichweite für Kfz-Herstel ler
= Herstellkosten für Kleinwagen incl. aller Bauteil e.
Batterie-Kosten heute: ca. 1000 Euro /kWh
Durchschnitts-Elektrofahrzeug: 33kWh
Bis ca. 2020 scheint Senkung auf ca. 300 Euro /kWh möglich
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Smart-Grid / Energy-Web
3) Übertragungs- und Verteilnetz Management (T&D Grid-Management)
Implementierung von Informationsübertragung in bestehende Netze
1) Verbrauchs-Optimierung (Demand-Management)
Nachfragegesteuerte Strompreisgestaltung
2) Dezentrale Energie-Erzeugung (Distributed Generation);
Einbindung regenerativer Energien
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Entwicklung der regenerativen Stromversorgung
- 2011 wird bereits 17 % des Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien gewonnen
- Bis 2021 werden die AKWs abgeschaltet, d.h. 22 % der heutigen Stromversorgung.
- Bis 2022 sollen 35 % des Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien gedeckt werden
- 2050 sollen 80 % des Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien gewonnen werden
200 Mrd Euro kostet der Ausstieg bzw. Umstieg dies resultiert in Mehrkosten von
0,5..5 Cent / kWh
Prognostizierte Entwicklung der regenerativen Stromversorgung
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Energiemix 2020
1 konventionelle Kraftwerke
Kohle- u. Erdgaskraftwerke (CO2 optimiert)
Anteil 2020: 30..60%; Erzeugungspreis 4..12 Ct/kWh
2 Windkraft
Ba-Wü von 0,7 auf 10 % bis 2020 (ca. 150 Anl. p Jah r)
Anteil 2020: 17..25%;
Erzeugungspreis 6,2 Ct/kWh Onshore
Erzeugungspreis 8,4 Ct/kWh Offshore
3 Biomasse
Anteil 2020: 10..12%; Erzeugungspreis 8..15 Ct /kWh
4 Fotovoltaik
Anteil 2020: 7..9%; Erzeugungspreis 15..20 Ct /kWh
5 Wasserkraft
Anteil 2020: 6 %; Erzeugungspreis 5 Ct/kWh
6 Geothermie
Anteil 2020: 2..5 %; Erzeugungspreis 9..20 Ct/kWh
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Energieerzeugung contra Energiebedarf
Durchschnittlicher Strombedarf pro Tag
zusätzl. Bedarf
Überschuss
Naheliegend:
Bau von Nord-Süd-Trassen
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Energieerzeugung contra Energiebedarf
Transportnetz-Kapazitäten werden auf Grundlage der Spitzenlast bemessen
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Netze bis 2020
Transportnetz: 4200 km für Nord/Süd-Verbindungen, d. h.
- 20..40 Mrd Euro für HS-Freileitungen
- 40..80 Mrd Euro für HS-Erdkabel
Evtl. nicht erforderlich, wenn Erdgasals Transport- u. Speichermedium genutzt wird
Verteilnetz: 380 000 km Erdkabel, d.h.
ca. 10..27 Mrd Euro
Was muss geschehen um den Ausstieg aus der Atomkraf t zu kompensieren?
Netze müssen ausgebaut werden, um Nord-Süd-Gefälle auszugleichen und regenerative Generatoren einzubin den
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Netze bis 2020
Erste Fokusregion: MENA-Region (Naher Osten u. Nord afrika)
mit Hilfe von solarthermischen Kraftwerken, evtl. F otovoltaik u. Windkraft zur Stromerzeugung u. Wasserentsalzung
1. Für Eigenbedarf der MENA-Länder
2. Ab 2020 mittels HVDC-Leitungen mit insgesamt 10–1 5 % Übertragungsverlust [bis nach Europa geleitet werden, um dort bis zu 15 % des Strombedarfes zu dec ken
Projekt Desertec
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Energiespeicher für dezentrale Erzeuger
Energiespeicher aktuell: 0,04 TWh, d.h. ca. 0,5h Speic herkapazität
Anteil 2020: ? (nur für Spitzendeckung)
für Umstellung auf 100 % Ökostrom wären 20 TWh Speicherkapazität erforderlich
Pumpspeicher Wirkungsgrad 65..85 %
Gasspeicher Wirkungsgrad 60..70%
zur Stromerzeugung WG 35..40%
Batterien Wirkungsgrad 90..95 %
Druckluftspeicher Wirkungsgrad 45..55 %
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Energiespeicher für dezentrale Erzeuger
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Energiespeicher für dezentrale Erzeuger
Wandlung Wasserstoff in synthetisches Erdgas (Metha n)-> deutschlandweit Speicherkapazitäten von 220 TWh
d.h. Speicherkapazität reicht, um Deutschland 2-3 M onate zu versorgenMöglichkeit für die regenerative Automobilität: Erd gasverbrennungsmotor
WasserstoffverbrennungsmotorBrennstoffzelle u. Elektromotor
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Smart-Grid / Energy-Web
Fokus von Kries-Energietechnik:
3) Übertragungs- und Verteilnetz Management (T&D Grid-M anagement)
Implementierung von Informationsübertragung in bestehende Netze
Ziele: - Bessere Nutzung der Netz-Ressourcen
- Reduktion der Fehlerzeiten (Ziel: <= 3 Minuten Freischaltzeit)
- Monitoring der dezentralen Einspeiser sowie des Lastflusses
1) Verbrauchs-Optimierung (Demand-Management)
Nachfragegesteuerte Strompreisgestaltung
2) Dezentrale Energie-Erzeugung (Distributed Generation);
Einbindung regenerativer Energien
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Aufgabenstellungen bis 2020
Probleme in den Netzen:
- Verfügbarkeit
80% der Ausfälle im Niederspannungsnetz sind durch Fehler im Verteilnetz bedingt -> Fehler müssen rasch geortet u. selektiv freigeschaltet werden
Künftig: Pönalen für EVUs
- Netz-Qualität
-> Minimierung von Kurzunterbrechungen
-> Lastfluss muss gemessen werden
-> Notstromversorgung muss ertüchtigt werden
- Lastmanagement, Netzauslastung
Im April u. Mai mussten die Transportnetzbetreiber ca. 400 mal häufiger in das Netzmanagement eingreifen als in den Vergleichs monaten im Vorjahr
-> Lastflusssteuerung
Energieversorger werden häufig zu Energieentsorger
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Mittelfristiger Trend Smart-Grid -> Energy-WebBetrachtung aus BDEW-Sicht
1) Klassische hierarchische Struktur
eine Lastflussrichtung
2) Lastflussrichtung variiert
3) Echtzeitfähiges Kommunikationsnetz parallel zum Verteilnetz ermöglicht bedarfsgerechte Energieerzeugung u. Verteilung
-> ENERGY-WEB
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Risiko f. Stromausfall: Lastgefälle u. Netz-Fehler
Heute: durchschnittlich 18 Minuten Stromausfall pro Jahr u. Haushalt
Ziel: Wiedereinschaltzeit kleiner 10 Minuten, evtl . 3 Minuten
Motivation:
Wenige Sekunden oder sogar Millisekunden unangekünd igter Stromausfall können in der Großindustrie leicht Millionenschäden entstehen.
Bei 24h Stromausfall bricht das gesellschaftliche u . wirtschaftliche Leben fast komplett zusammen.
Kommt es zu großflächigen Stromausfällen müssen Res ervekraftwerke in Betrieb genommen werden: Hochfahrdauer ca. 48 h
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Praktische FehleranzeigenR
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Grid-Management heuteR
UW
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Erschwerte Zugänglichkeit von Netzstationen
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Grid-Management künftigLastmanagement, Fehlerortung, Freischaltung
Lastfluss-Monitor
Fehler-Erfassung
Fehlerfreischaltung; Netzumschaltung
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Grid-Management künftigR
UW GSM/GPRS
InternetTCP/IP
Netzbetrieb
Work-Force-Management
Demand-Management
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Was bedeutet die Energiewende für uns?
Deutscher Atomausstieg zieht andere Länder mit.
Ein Alleingang bleibt langfristig keiner.
Die entstehenden Lösungen erhöhen unsere Exportchan cen
Der Wendeprozess bewirkt eine neue Rollenverteilung in den Themen
- Elektro-(Auto)-Mobilität
- Energiespeicher
- Energieverteilung
- Energieerzeugung
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Energiewende erhöht ExportchancenR
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