erfa kontaktwerk 05072011 file2 R Unternehmenssitz Waiblingen, Produktion und Entwicklung Gründung 1994 Produktprogramm Komponenten und Systeme für intelligente Energie-Verteilnetze

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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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3) Übertragungs- und Verteilnetz Management (T&D Grid-Management)






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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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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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Fokus von Kries-Energietechnik:

3) Übertragungs- und Verteilnetz Management (T&D Grid-M anagement)


Ziele: - Bessere Nutzung der Netz-Ressourcen

- Reduktion der Fehlerzeiten (Ziel: <= 3 Minuten Freischaltzeit)

- Monitoring der dezentralen Einspeiser sowie des Lastflusses





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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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