Post on 19-Oct-2020
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)
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
4
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
3
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
4
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
5
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
6
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
7
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
8
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
16
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Potentiale für Energieversorger
Dr.-Ing. Thomas Storch
thomas.storch@ttd.tu-freiberg.de
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
9
Umgebungsbedingung
17 Dr.-Ing. T. Storch | Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik | Gleisdorf Solar 2016
Temperatur*
Globalstrahlung*
* Referenz
Chemnitz
Wetter (Freiberg – Chemnitz* /Sachsen)