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Herausforderungen und
Anforderungen an das
Niederspannungsnetz im
Smart Grid
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
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Heutige Situation im deutschen Niederspannungsnetz
Ansätze zur Reduzierung der Netzbelastung
- Intelligentes Verteilungsnetzmanagement – iNES
- Das intelligente Zuhause mit Energieintelligenz und dezentralem
Speichersystem
Realisierung durch die Hager Group
- Forschungsprojekt Stromsparland
- Forschungs- und Anwendungszentrum der Hager Group
Zusammenfassung und Ausblick
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Agenda
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Heutige Situation im
deutschen
Niederspannungsnetz
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Page 4 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Volatile PV-Einspeisung und große volatile Lasten am
Niederspannungsnetz erfordern neue Lösungen Erzeugungs- und Lastsituation
Hoch-
spannung
Höchst-
spannung
Mittel-
spannung
Nieder-
spannung
25 GW ca. 70 % der installierten
PV-Leistung hängt am NS-Netz (Gesamte installierte Leistung ~ 180 GW)
Große, teils volatile Verbraucher
(z.B. elektrische Wärmepumpen,
Elektrofahrzeuge)
Daraus folgen:
Volatile Einspeisung
Spannungsbandverletzungen
Netzausbaubedarfe zur Versorgung
großer Lasten
Teilweise Umkehrung der
Lastflüsse
Netze und Anlagen sind dafür
nicht ausgelegt
~25 GW
~10 GW
Page 5 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Vor allem in ländlichen Niederspannungsnetzen ist
zukünftig mit Spannungsbandverletzungen zu rechnen Spannungsbandverletzungen im Niederspannungsnetz
Quelle: FGE Kolloquium, RWTH Aachen, 13.12.2012, Ansgar Hinz; “Der Regelbare Ortsnetztransformator im Verteilungsnetz – Lösung aller
Spannungsbandprobleme?”
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Ansätze zur
Reduzierung der
Netzbelastung
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
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Intelligentes Verteilungsnetzmanagement mit SAG und EFEN
Das intelligente Zuhause mit Energiemanagement und
dezentralem Speichersystem
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Intelligentes Verteilungsnetzmanagement und dezentrales
Energiemanagement mit Speichern stabilisieren das Netz Zwei Ansätze zur Reduzierung der Netzbelastung
Page 8 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Page 9 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Neben der Netzanalyse und der installierten Hardware
liegt der Schlüssel bei der Simulation des Netzes Intelligentes Verteilungsnetzmanagement - iNES
Quelle: iNES Intelligentes Verteilnetzmanagement, Die SAG-Smart Grid Systemlösung für dezentrales Netzkapazitätsmanagement
Page 10 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Ein intelligentes Verteilungsnetzmanagement kann den
Netzausbaubedarf je nach Netz deutlich verringern Auswirkungen von iNES auf den Netzausbau
Gesamtbedarf
Netzverstärkung
Heutige
Netzaufnahme-
kapazität
P
Bestehendes
Netz
Konventioneller
Netzausbau
Automatisierung
durch Einsatz neuer
Technologie Unternehmensindividuell
zu bestimmen!
t
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Smart Grid Solution mit mBox und E3 Lastschaltleisten im
Kabelverteilerschrank von EFEN
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Das intelligente Zuhause mit
Energieintelligenz und
dezentralem Speichersystem
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Page 14 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Das intelligente Zuhause verbindet die Energieintelligenz,
den Speicher und die E-Mobilität über die Technikzentrale
mit den Bewohnern
Das intelligente Zuhause
Page 15 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Lokale Erzeugung und lokaler Verbrauch von Energie
liefern die größten Kosteneinsparungen Energieeinsparpotential in Wohngebäuden
Wirtschaftliches Ziel: – Reduzierung des Energieverbrauches
– Reduzierung des Energieimportes aus dem öffentlichen Netz
Energieverbrauchsanzeige, Tarifmanagement
Gebäudeautomatisierung, Energieeffizienz
–6 %
–20 %
–60 %
- Lokale Energieerzeugung
(erneuerbare Energien,
Blockheizkraftwerk)
- Lokaler Verbrauch
der erzeugten Energie
- Speicherung der
lokal erzeugten Energie
- Energiemanagement Energ
iekoste
n d
es
Sm
art
Bu
ildin
g
Page 16 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Um das wirtschaftliche Ziel zu erreichen, muss das
intelligente Zuhause über Energieintelligenz verfügen Erfolgsfaktor Energieintelligenz für im intelligenten Zuhause
Energie-
verbrauch
Energie-
intelligenz Analyse
Vorhersage
Handel
Steuerung
Energiespeicherung
als Strom
E-Mobilität mit
Energiespeicherung
Energiespeicherung
Wärme
Energie-
erzeugung
durch Fotovoltaik
Energie-
erzeugung
durch Wind
Energie-
erzeugung
per KWK
±
Page 17 © Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Mit heutigen Speicherkosten lässt sich lediglich ein sehr
kleiner Speicher wirtschaftlich darstellen Speicherauslegung und Rentabilität
Speichergröße in kWh Speichergröße in kWh
Eig
en
ve
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uch
sq
uo
te
Inte
rne
r Z
insfu
ß
Eigenverbrauch in Abhängigkeit
der Speichergröße
Wirtschaftlichkeit
Diese Berechnungen gelten nur bei den angenommenen Erzeugungs-, Verbrauchsprofilen, angesetzten Marktpreisen (PV: 1500 €/kWp;
Speicher: 3000 €/kWh bei 2 kWh bis 1300 €/kWh bei 10 kWh) und der angenommenen durchschnittlichen Strompreisentwicklung
(jährlich +7 %)
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Realisierung durch die
Hager Group
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
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Ziele des Forschungsprojektes:
1 Phase:
Untersuchung der technischen Realisierbarkeit eines
Energiespeichersystems (inkl. Energieintelligenz)
mit Vorhersage der Erzeugung und des Verbrauchs
und mit Anbindung an einen Marktplatz für Energie
Aufbau und Test dieses Systems
2 Phase:
Installation von 300 Energiespeichersysteme im Saarland
© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
Im “Stromsparland” wird das Zusammenspiel zwischen
dem intelligenten Zuhause und dem Smart Grid erforscht Forschungsprojekt Stromsparland
Gefördert von: EUROPÄISCHE UNION „Investition in Ihre Zukunft“
Europäischer Fonds
für Regionale Entwicklung
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Das betrachtete Gesamtsystem enthält alle zukünftig im
intelligenten Zuhause zu erwartenden Technologien Forschungsprojekt Stromsparland
Eigenerzeugung:
Photovoltaik
Mikro-KWK
E-Mobilität
Erneuerbare
Energien
Konventionelle
Energien
Verbrauchseinrichtungen
Speichersystem
Netzbezug
Energieintelligenz
Marktplattform
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Erste Anwendung der Technologien unter realen Beding-
ungen erfolgt im Forschungs- und Anwendungszentrum Forschungs- und Anwendungszentrum der Hager Group
Neues Gebäude der Hager Group mit
3.000 m²
- Büros, Labore und Werkstätten
Energieverbrauch: 1,4 Mio.
kWh pro Jahr
Energieerzeugung
- Fotovoltaik: 50 kWp
- Blockheizkraftwerk:
120 kW elektrische Energie und
180 kW Wärme
- Wind (noch offen)
Energiespeicherung: 100 kWh
Erster Schritt: Reduzierung des
Energieimportes um 70 %
Zweiter Schritt: Reduzierung des
Energieimportes um 100 %
Erste Anwendung der
Energieintelligenz
Energie-
verbrauch
Energie-
intelligenz
Analyse
Vorhersage
Steuerung
Energie-
erzeugung
±
Energie-
speicherung
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Photos
15-12-2014
Hager Group CI
Awards 2014
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© Das Niederspannungsnetz im Smart Grid / Dr.-Ing. Torsten Hager
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Eine lokale Implementierung der Energieintelligenz
optimiert den Energieeinsatz dieses Gebäudes Energieintelligenz kann in lokalen Anwendungen realisiert werden
Lokale Anwendung
Alle Anwendungen der Energie- Intelligenz
werden lokal im Smart Building realisiert
- Analyse
- Vorhersage
- Steuerung
Gemeinsamer Zugang zu Informationen über
- Wetter
- Tarife der VNB
- Service
Anwendung: Einzelne, unabhängige Gebäude
Energie-
intelligenz Analyse
Vorhersage
Steuerung
Daten - Cloud
- Service
- Wetterdaten
- Tarifinformation
- Sharing point
- Anwesenheit
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Energie - Cloud
- Analyse, Vorhersage
- Energiemanagement
- Bewertung
- Service, Anwendungen
- Energiehandel
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Die Implementierung der Energieintelligenz in einer Cloud
ermöglicht eine gebäudeübergreifende Optimierung Energieintelligenz kann in Cloud-Anwendungen realisiert werden
Daten-
übertragung
Energieübertragung
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Zusammenfassung
und Ausblick
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Durch die veränderten Erzeugungs- und Lastbedingungen werden
intelligente Lösungen im Niederspanungsnetz notwendig
Mit iNES und dezentralen Energiespeichersystemen stehen zwei
solcher intelligenten Lösungen zur Verfügung
Die schon umgesetzten und sich in der Umsetzung befindenden
Projekte bei der Hager Group zeigen, dass die Technologien
weitestgehend bereit stehen
Zukünftig wird die Herausforderung darin bestehen, diese
Systeme in den Niederspannungsnetzen zu installieren.
Treiber für die Optimierung des Energieverbrauchs in Gebäuden
ist einzig die Wirtschaftlichkeit für den Besitzer
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Die Technologien stehen weitestgehend bereit – nun
geht es an die Implementierung im Netz Zusammenfassung und Ausblick
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