Post on 01-Sep-2018
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WillkommenWelcomeBienvenue
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