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Empa / PSI

Energiesysteme – was ist «smart»?

Urs ElberGeschäftsführer Forschungsschwerpunkt «Energie», EmpaGeschäftsführer CCEM, PSI

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CCEM – Competence Center for Energy and Mobility @PSI

UASIndustry (Selectionl)

Politics, Government, Organizations

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Forschungs-Schwerpunkte der Empa

Natürliche Ressourcen & Schadstoffe Energie

NanostrukturierteMaterialien

Sustainable Built Environment

Nanotechnologie / Instrumente & Werkzeuge

Computermodellierung

Adaptive Systeme

Nachhaltigkeit, Zuverlässigkeit & Sicherheit

Analytische & messtechnische Methoden

Gesundheit & Leistungsfähigkeit

Forschungs-Schwerpunkt «Energie»

Photovoltaics (CIGS) WärmespeicherTechnologien Wasserstoff Speicher Technologien

Energieeffizienz:Effiziente Gebäude & Nachhaltige Mobiltät

Energieproduktion:PV, Umwandeln &Speichern

Nachhaltigkeits-Assessments

Integrierte Multi-Energie Systeme

Energie Management Integration Campus - Infrastruktur

Mobility & Fuels Technologies

Multi Energie Modellierung

Gebäude Technologien Retrofit Technologies

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Smart

Smart (englisch): schnell, intelligent, gewitzt, schlau

Smart Grid (englisch): Der Begriff intelligentes Stromnetz umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs-und -verteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgung. (Wikipedia)

Smart Metering (englisch): Verbrauchserfassung mittels intelligenter Zähler

Smart City (englisch): "Eine Smart City bietet ihren Bewohnern maximale Lebensqualität bei minimalem Ressourcenverbrauch dank einer intelligenten Verknüpfung von Infrastruktursystemen (Transport, Energie, Kommunikation, etc.) auf unterschiedlichen hierarchischen Stufen (Gebäude, Quartier, Stadt).

"Intelligent" ist in diesem Zusammenhang nicht automatisch mit "IT" gleichzusetzen. Bei ähnlicher Performance sind passive oder selbstregulierende Mechanismen den aktiv geregelten Ansätzen vorzuziehen." (P. Richner, EMPA)

Energieverbrauch im Vergleich zum Entwicklungsstand

Andorra

USAIceland

Bahrain

Liberia

Qatar

South Africa

Switzerland

Trinidad and Tobago

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 15000 30000 45000 60000 75000 90000 105000 120000 135000 150000 165000 180000 195000 210000 225000 240000

Human

 Deveko

pment Index HDI

Energy [kwh/pers*year]

Energieverbrauch vs. HDI 2012

Human Development Index HDI: - Lebenserwartungs-Index - Schulbesuchsdauer-Index- Bildungs-Index- Einkommens-Index

Bereich der nachhaltigen Entwicklung

Cuba

2,5 Erden 5 Erden

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Situation Schweiz

Quelle: BfE, Analyse des schweizerischen Energieverbrauchs 2000 -2014 nach Verwendungszwecken

Industrie, Landwirtschaft

Fernwärme, KVA,Holz, eE

Mobilität und Gebäude sind die «Driver»

Kernkraft 37.9% 12..24 g CO2 /kWhWasserkraft 56.5% 4..20 g CO2 /kWhNeue ern. Energien 3.8% 4..100 g CO2 /kWhKonv. Therm. KW 1.9% 400..1200 g CO2 /kWh

Energiesystem Schweiz

Quelle: Dr. Sinan Teske, Empa (Daten Swissgrid)

Residuallast (+/-)

Produktion SO/AG

- Export im Sommer- Import im Winter

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2. Energie speichern und später verwenden- dezentral auf Haus/-

Quartier ebene: Stunden- zentral: Tage, saisonal (PtG,

thermisch)Saisonaler Speicherbedarf Strom4,5 … 9 TWh

3. Verbrauchs - Verlagerung/ - Steuerung- Effizienz- limitierte Möglichkeiten,

vor allem bei saisonaler Verlagerung

1. Energie kappen- Kosten ohne Ertrag- keine zus. Netzbelastung

ohne Verwendung der «Peak –Energie» macht Investition in viel erneuerbare Energien weniger Sinn

4. Energie in andere Formen umwandeln

- dezentral auf Quartierebene für unmittelbaren Verbrauch

- zentral: für (saisonale) Speicherung

- thermische Speicherung

Andere Energieträger, andere Märkte

Handlungsoptionen mit stochastischer Erzeugung

Marktsimulation Szenario «Sun 2035», Swissgrid

Mehr Flexibilität im Energiesystem nötig

Geografische Flexibilität NETZE (HGÜ, Smart Grid, PtG, etc.)

Zeitliche Flexibilität: SPEICHER (PSK, Batterien, PtG, Erdwärme, Druckluft, etc.)

Ressourcen Flexibilität: UMWANDLUNG /EFFIZIENZ (z.B. PtG, Wärmenutzung)

Markt Flexibilität: DIVERSIFIKATION (z.B. Mobilität)

Neue Opportunitäten mit der Verknüpfung von Flexibilitäten

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Systemsicht:

Keine bis ca. 20 ... 30% bis ca. 70%

Beispiel PV – was bringt lokale Speicherung?Autonomie Sicht «Prosumer»:

Jede PV- Anlage, ob Eigenverbrauch oder nicht, trägt zur Gesamtsicht bei! (durch weniger Stromaufnahme während Zeiten, wo viel PV-Strom im Netz ist)

Eigenverbrauch kann mit Speicherbatterien massiv erhöht werden

Batteriekosten pro kWh werden kleiner als die Differenz der Hoch-/ Niedertarifpreise des EVU (Powerwall Tesla geht in die Richtung)

Aber: Eigenverbrauch bezahlt keine Netz- und System Dienstleistung- Kosten, da diese Kosten über kWh abgerechnet werden.

Wenn «netzdienlich» betrieben:

ehub – Energy Hub Demonstrator& Forschungsplattform

Optimierung der Energieflüsse innerhalb aller Demonstratoren auf Stufe Quartier

Analyse der Auswirkungen auf das Energiesystem Validierung von Technologien zur Erzeugung, Umwandlung,

Speicherung und Verteilung von Energie Plattform für Energieforschung

und ProduktentwicklungKomponenten E-Hub:

Wärmenetze NT, MT, HT

WP‘s

Anergie / Erdsonden (mehrere unterschiedliche Systeme)

Eisspeicher

Batterien

Super Caps

CO2 Wärmenetz

Brennstoffzellen BHKW

PV, Elektrolyseur, Wasserstoff-Anwendungen, etc.

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Ehub_DE_Beamer1_converted.mp4 (Befehlszeile)

Modulares Gebäude NESTPraxislabor und Demonstrator

Nächste Evolution in nachhaltigen Gebäude –Technologien Gebäude-

Hülle Energie

Raumklima

Smart Building Technologies

Umwelt

Neue Materialien

und Systeme

Wasser-verbrauch

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Batteriespeicherfür EVs

Batteriespeicherfür EVs

Aktuelle «move»-ProjekteFuture Mobility Demonstrator & Forschungsplattform

350 bar HCNG-Praxiserprobung350 bar HCNG-Praxiserprobung

350 Bar H2-Kehrfahrzeug350 Bar H2-

Kehrfahrzeug

700 Bar H2-Personenwagen

700 Bar H2-Personenwagen

Realverbrauch /Carsharing

Realverbrauch /Carsharing

PtX-StudieSchweiz

PtX-StudieSchweiz

3D-Visualisierung: AtlasCopco Schweiz AG/Empa

Areal EnergySystem

ESI

Praxislabore, Forschungsplattformen und Demonstratoren auf dem Empa- Campus

(in Planung)

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!Empa – Swiss Federal Laboratories forMaterials Science and Technology

@Empa_CH

www.empa.churs.elber@empa.ch