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6/15/2016 1 Potentiale für Energieversorger zur Speichernutzung in autonomen Häusern Thomas Storch Co-Autoren: T. Leukefeld, S. Riedel, R. Freytag, U. Gross 12. Int. Konferenz für solares Heizen und Kühlen Gleisdorf Solar 2016 Einleitung 2 Motivation Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016 Quelle: bing.com (T. Wieland)

Potentiale für Energieversorger zur Speichernutzung in ... · 6/15/2016 1 Potentiale für Energieversorger zur Speichernutzung in autonomen Häusern Thomas Storch Co-Autoren: T

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  • 6/15/2016

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    Potentiale für Energieversorger zur

    Speichernutzung in autonomen Häusern

    Thomas Storch

    Co-Autoren: T. Leukefeld, S. Riedel, R. Freytag, U. Gross

    12. Int. Konferenz für solares Heizen und Kühlen – Gleisdorf Solar 2016

    Einleitung

    2

    Motivation

    Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Quelle: bing.com (T. Wieland)

  • 6/15/2016

    2

    Einleitung

    3

    Motivation

    Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Quellen: bing.com (Dena 2011)

    Einleitung

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    Motivation

    • Zunahme fluktuierender Strombereitstellung durch EE

    • gesetzl. Verpflichtung zur Abnahme und Vergütung (BRD)

    • Anteil an Eingriffen durch Netzsicherheitsmanagement ↑

    • Einsatz zusätzlicher variabler Verbraucher (Speicher) nötig

    Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Quelle: Daten der Mitnetz Strom

  • 6/15/2016

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    Ansatz der Studie

    • Sonnenhäuser besitzen meist große Wärmespeicher

    • Energieautarkes Haus (EAH) hat Wärme- und

    Stromspeicher integriert

    • Potentialanalyse anhand von Monitoringdaten zum

    realen Verbrauchsverhalten

    Hausdaten

    • Wohnfläche / beheiztes Volumen: 162 m² / 644 m³

    • Solarthermiefläche / Ausrichtung: 46 m² (a) / 45°, S

    • PV-Fläche / Leistung: 58 m² (b) / 8,4 kWp

    • Strom- / Wärmespeicher: 58 kWh (c) / 9,1 m³ (d)

    • Kamin (wassergekühlt): 25 kW

    Randbedingungen und Umsetzung

    5 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    c

    a

    b

    d

    Randbedingungen und Umsetzung

    6 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Potentialbetrachtung (Energieautarkes Haus)

    Wärmespeicher Stromspeicher

    Wasser

    Messstellen: T1, T3, T5, T7, T9

    Stützstellen: T2, T4, T6, T8 (lin. Interpol.)

    lineare Temperatur-

    schichtung

    Ladezustand:

    0 % bei 15°C

    100 % bei 95°C

    100 % ≙ 821 kWh

    Blei-Gel

    Akku-Messgrößen:

    Ladezustand (SOC)

    Gesundheit (SOH)

    untere Entladegrenze

    (30 %)

    theor. SOCmax = 95%

    (Mai 2014 – Apr 2015)

  • 6/15/2016

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    Potentialbestimmung - Wärmespeicher

    7 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Zuheizung Kamin

    Heizperiode (< 70% für 10d)

    Potentialbestimmung - Wärmespeicher

    8 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Zuheizung Kamin

    Heizperiode (< 70% für 10d)

    1. Speicherniveau 80 %

    2. Bereich 1-7 bis 80 %

    3. = Zusatzheizung (Kamin)

    3 Lade-Szenarien: (Heizpatronen)

    Einfluss auf:

    • solaren Deckungsgrad

    • max. Zuheizung (Potential)

  • 6/15/2016

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    Potentialbestimmung - Wärmespeicher

    9 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Kriterium Wohngebäude (WG) Bürogebäude (BG)

    Variante 1 Zusatzheizungswärme 12370 kWh ( + 93,8 %) 9490 kWh ( + 108 %)

    Solarer Deckungsgrad 38,9 % ( - 44,4 %) 40,0 % ( - 45,3 %)

    Variante 2 Zusatzheizungswärme 6780 kWh ( + 6,3 %) 5010 kWh ( + 9,7 %)

    Solarer Deckungsgrad 67,0 % ( - 1,5 %) 69,6 % ( - 4,3 %)

    Variante 3 Solarer Deckungsgrad 68,0 % 72,7 %

    Speicherniveau 80 %

    Bereiche 1-7 auf 80 %

    = Zusatzheizung (Kamin)

    Randbedingungen und Umsetzung

    10 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Potentialbetrachtung (Energieautarkes Haus)

    Wärmespeicher Stromspeicher

    Wasser

    Messstellen: T1, T3, T5, T7, T9

    Stützstellen: T2, T4, T6, T8 (lin. Interpol.)

    lineare Temperatur-

    schichtung

    Ladezustand:

    0 % bei 15°C

    100 % bei 95°C

    100 % ≙ 821 kWh

    Blei-Gel

    Akku-Messgrößen:

    Ladezustand (SOC)

    Gesundheit (SOH)

    untere Entladegrenze

    (30 %)

    Ladung bis SOCmax

    (95 %)

    (Mai 2014 – Apr 2015)

  • 6/15/2016

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    Potentialbestimmung - Stromspeicher

    11 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    • Feb. bis Okt. 2014: SOC 70 % - 100 %

    • stark verringerte Einstrahlung im Dez/Jan (-38 %)

    → automatisierter Netzbezug

    Batterieladezustand

    Potentialbestimmung - Stromspeicher

    12 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Unterscheidung Ladeleistung

    a) unbegrenzt

    b) begrenzt (2,16 kWh/h)

    Szenarien zur Akkuladung (Stromnetz)

    1. SOC ≤ 90 %

    2. SOC ≤ 80 %

    3. SOC ≤ 70 %

    • Feb. bis Okt. 2014: SOC 70 % - 100 %

    • stark verringerte Einstrahlung im Dez/Jan (-38 %)

    → automatisierter Netzbezug

    Batterieladezustand

    Bedingung: SOC Begin = SOC Ende

  • 6/15/2016

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    Potentialbestimmung - Stromspeicher

    13 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Speicherkapazität (unbegrenzte Be- / Entladung)

    • große saisonale Abhängigkeit (Potentialhöhe und Dauer)

    • Szenario 1 → Szenario 3: Abnahme der Potentialzeiträume (Anzahl)

    Potentialbestimmung - Stromspeicher

    14 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Speicherpotentiale

    unbegrenzte Ladeung begrenzte Ladeung

    Ladeleistung Kriterium Szenario 1 (≤ 90 %) Szenario 2 (≤ 80 %) Szenario 3 (≤ 70 %)

    unbegrenzt Gesamtpotential / kWh 46300 41900 36400

    Ø Kapazität 6,4 12,9 18,9

    begrenzt Gesamtpotential / kWh 5980 4210 3110

    (2,16 kWh/h) begrenzt/unbegrenzt 12,9 % 10,0 % 8,5 %

  • 6/15/2016

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    Zusammenfassung

    Wärme- und Stromspeicher weisen Potential für

    Netzüberschüsse vor allem im Winter auf

    Wärmespeicher:

    EAH: theor. max. Potential von 12,4 MWh/a, aber Absenkung

    des solaren Deckungsgrades von 68 % → 39 %

    ca. 6,4 MWh/a bei Substitution des Kamins

    Wärmebedarf (hier WW) wesentlicher Einflussparameter

    Stationäre Stromspeicher (begrenztes Laden)

    max. Potential ca. 6 MWh/a (Ein-/Ausspeicherung)

    Anschluss- und Ladeleistung stellen Engpässe dar

    Ausblick

    • Einfluss erhöhter Ladezyklen auf Lebensdauer und SOH

    • Potentialabschätzungen für Mehrfamilienhäuser

    • rechtliche Rahmenbedingungen z. T. noch ungeklärt

    Potentialbestimmung am Beispiel von Energieautarken Häusern

    15 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

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    Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

    Potentiale für Energieversorger

    Dr.-Ing. Thomas Storch

    [email protected]

    TU Bergakademie Freiberg

    Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik

    Gustav-Zeuner-Strasse 7

    09599 Freiberg / Germany

    Wir danken für die Unterstützung:

    • Projektträger Jülich

    • Freiberger Stadtwerken und Mitnetz Strom

    • Fa. Timo Leukefeld

  • 6/15/2016

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    Umgebungsbedingung

    17 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016

    Temperatur*

    Globalstrahlung*

    * Referenz

    Chemnitz

    Wetter (Freiberg – Chemnitz* /Sachsen)