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Systemanalyse – Lösungsstrategie StromSmart Grids / Smart MeteringFVS Workshop 2008, ZSW Stuttgart

Dr.-Ing. Christof WittwerGruppe Betriebsführung und Systemregelung

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

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Anteil an der Stromerzeugung in D (2007)

Anteil Erneuerbarer

Energien an der ges.

Stromerzeugung von 616 TWh 14,2%davonPhotovoltaik 0,57%

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Integration

Herausforderung:

Integration dezentraler und fluktuierender Erzeugung in das Gesamtsystem der Energieversorgung

• EEG (neu): Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung bis 2020 auf mindestens 30 Prozent erhöhen

• KWKG (neu): Erhöhung der Stromerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung in der Bundesrepublik Deutschland auf 25 Prozent …

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Energie- und Netzmanagement, Smart Grid

Ausgangspunkt:

■ Grundlegende Umgestaltung der Stromverteilnetze weg von der zentralen Struktur hin zu einer Mischung aus zentraler und dezentraler Erzeugung und Einspeisung

400 V

10 / 20 kV

110 / 220 / 380 kV

Import/Export

Operation

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Management in Verteilnetzen („Smart Grids“)

Leitzentrale

PV +Last Batterie

Management

Brenn-stoffzelle

BHKWLast Betrieb

Vorhersagen

10 kV

400 V

■ Energiemanagement- und Betriebsführungssysteme zur Integration dezentraler Erzeuger, Speicher und Lasten

■ Software und Hardware für Steuersysteme

■ Virtuelle Kraftwerksverbünde

■ Intelligente Laststeuerung („Demand Side Management“)

■ Intelligente Zählersysteme, Multispartenmetering

■ Netzdienstleistungen

■ Energiekonzepte

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Energie- und Netzmanage-ment

Herausforderungen:

■ Integration dezentraler Erzeugung im Verteilnetzbetrieb

■ Besondere Berücksichtigung der Erzeugungsprofile fluktuierender Erzeuger (Wind, PV usw.)

■ Integration gekoppelter thermisch-elektrischer Systeme (BHKW)

■ Berücksichtigung der Anforderungen aus der technischen Netzinfrastruktur (z.B. Auslastung von Netzleitungen bei hoher Einspeisung aus Photovoltaik)

■ Einbeziehung von Verbrauchern als „aktive“ Partner (zum Beispiel über dynamische Tarife)

■ Ausnutzung der neuen Möglichkeiten der Kommunikationtechnik (Beispiel: Monitoring und Betriebsführung auch kleinerer dezentraler Lasten und Erzeuger wird möglich)

■ Beeinflussung der Netzqualität durch verteilte Erzeuger möglich (z.B. Spannungshaltung)

400 V

10 / 20 kV

110 / 220 / 380 kVImport/Export

Operation

400 V

10 / 20 kV

110 / 220 / 380 kVImport/Export

Operation

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Energie- und Netzmanage-ment

Lösungen: •Intelligentes Energiemanagementsystem PoMS zur optimierten Betriebsführung verteilter Komponenten im Verteilnetz erlaubt optimierten Betrieb (flexible Optimierungskriterien: ökonomisch, ökologisch, technische Kriterien …)

PCU: PoMS Central Unit

PIB: PoMS Interface Box

PIB PCU

Steuerung

PV +Last Batterie

PCU

BZ BHKWLast Industrie

Prognose

20 kV

400 V

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Energie- und Netzmanagement

■ Prognosen von Last und Erzeugung

■ Berücksichtigung von Bezugskosten und Einspeisungsvergütung

■ Definition der Gütekriterien

■ Optimierungsverfahren zur Fahrplanerstellung

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Energie- und Netzmanagement

Voraussetzung für PoMS:

Intelligente vernetzte Systeme

■ Internet-integrierbare Embedded Systems mit frei programmierbaren Regelungssystemen

■ Systemintegration durch Gatewayfunktionalität

■ Einsatz auch für skalierbare Monitoringsysteme

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Energie- und Netzmanagement

LangzeitEnergiebilanz

ms

Tage

min

sec

h

Zeitliche Auflösung

Erzeuger-modelle

WKA

PV

BHKW

TransienteSimulationzeitlich hochaufgelöst

QuasistationärLastflussanalyse

Energiemanagement Betriebsführung

Notwendig für optimierten Betrieb dezentraler Systeme:

Modellierung und Simulation aller Komponenten und Systemebenen

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Betriebsführungs-

assistent

■ Erstellung und Visualisierung von Fahrplänen für dezentraler Komponenten

■ Konkrete Anwendung: Betriebsführungsassistent für Betriebspersonal der Leitwarte der Badenova

Energie- und Netzmanagement

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Vom “Smart Metering” zum “Smart Grid”

Herausforderung:

■ Nutzung intelligenter Zähler- und Komunikationstechnologien als Schnittstelle zwischen dezentralen Erzeugern und Lasten und zentralem Netz- und Energiemanagement durch EVU, Netzbetreiber und Stromhändler

■ Multispartenansatz: Elektrizität, Wärme, Wasser

■ Zugeschnittene Lösungen für verschiedene Verbrauchergruppen ( Privathaushalte, Gewerbe, Industrie)

■ Standardisierte durchgängige Kommunikationslösungen (vereinheitlichte Protokolle und Schnittstellen)

■ Einbeziehung des „Nutzers“ (sozialwissenschaftlicher Aspekt!)

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Visualisierung überTFT-Display / Web-Portal

Aktuelle Leistung (W)Energieverbrauch Strom, Gas (kWh)Kosten (€)CO2-Emissionen

TarifsignalEchtzeitanzeigeTages-/Wochen-/JahresübersichtenVergleiche mit Vorjahresverbräuchen

EWE Box: IP-basiertes Metering System

Transparenz, Feed Back System für flexible Tarife

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EWE Box: IP-basiertes Metering System

Webportal

Verbrauchsinformation

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EWE Box: IP-basiertes Metering System

■ Feldtest bei EWE wurde erfolgreich gestartet

■ Ca 400 Systeme installiert, davon ca. 160 EWE-Boxen

■ Installation weitestgehend problemlos Plug&Play, ISE administriert

■ Feedback durch Display, Webportal und monatliche Verbrauchsinformation funktioniert problemlos

■ Sozialwissenschaftliche Begleitforschung: sehr positive Resonanz, viele potentielle Interessenten

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Smart Metering

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Modellregion Cuxhaven

Konsortium mit über 20 Partnern unter Führung von EWE

Förderung im Rahmen der eEnergy-Ausschreibung des BMWi

eTelligence: eEnergy Projekt EWE, Fraunhofer Allianz

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Stromspeicher im Smart Grid

Herausforderung:

Kompensation der Erzeugungsfluktuationen durch kostengünstige, dezentrale und gut verfügbare Speicher

Idee: „V2G“ – Vehicle to Grid

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Plug-In Fahrzeug-Konzept

■ Nachhaltige Energieversorgung für Fahrzeuge

Wind, Wasser, PV, Biomasse…

■ Beitrag zur Lösung des Speicherproblems der Stromnetze

zunehmender Anteil erneuerbarer Energien

( 2007: 14,2%

2020: 20%)

Hybrid oder

Elektrofahrzeug

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Flottenversuch Elektromobilität (VW, EON,…)

BMU-geförd. Projekt / Gesamtvol. >32 Mio € / Laufz. 4 J.

Entwicklung eines Hybrid-Plug-In-Fahrzeugs und Feld-Tests mit 20 Fahrzeugen durch VW + weit. Partner

Ziel:

Nutzung von Strom aus EE für die Mobilität

Nutzung von Traktionsbatt. als Puffer für das Stromnetz

ISE bearbeitet folgende Themen:

Netzintegration: Schnittstelle Fahrzeug / Netz

Energieflussmanagement stationär / mobil

Smart Metering

Ladekonzepte u. Ladetechnik

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Fazit

Ein 'Smart Grid' wird sich in Stufen entwickeln, vom Smart Metering System zur aktiven Steuerung von Netzen, dezentralen Erzeugern und Verbrauchern

Das Smart Grid wird unerlässlich sein, um einen hohen Anteil von regenerativen Energiesystemen mit zeitlich fluktuierender Leistung zu integrieren

e-mobility kann in Smart Grids den Bedarf an Regel- und Ausgleichenergiebereitstellung hervorragend ergänzen