Systemfragen der Stromspeicherung im Erneuerbaren ... · System Engineering Revenue Meters lEDs,...

Tomi Engel

Systemfragen der Stromspeicherung im Erneuerbaren Energieverbund

Straubing - 30.01.2015

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100% abhängig von Energiespeichern

… die auch noch meist in fremden Ländern liegen.

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Planwirtschaft

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Quelle: Fotos - WikiPedia

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Quelle: Fotos - WikiPedia

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Strom

1,45 Mio. dezentrale Kraftwerke

10 Jahren… in nur

= Massenproduktion

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Strom


Anzahl der Anlagen

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Anzahl der Anlagen

1,38 Mio.

Smart Gridbraucht zur Kontrolle ein

Die EnergiewendeStrom

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r Die Energiewende!!Smart Gridbraucht zur Kontrolle ein

Das “Internet" des “Stromnetzes"?

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Die Energiewende!!Das “Internet" des “Stromnetzes"?

Smart Metering IT-Kommunikation

Neue Geschäftsmodelle

variable Preissignale

Prosumer

Lastverlagerung

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Die Vorstellungen vom “Smart Grid”

Quelle: EPRI

Indicative smart grid

Source: EPRI

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Quelle: EPRI


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Quelle: EPRI


Source: EPRI

Der Netzbetreiber als zentraler “allwissender Puppenspieler”

??Indicative smart grid

Source: EPRI

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Quelle: DKE Normungsroadmap - Smart Grids 2.0

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Selbstverständlich existieren weitere Normungsorganisationen, die in den Netzwerkender Smart Grid-Technologien miteinander in-teragieren müssen. Hier sind auf nationalerEbene insbesondere das DIN, auf europäischer Ebene CEN und ETSI sowie auf internationaler Ebene ISO, ISO/IEC JTC1 und ITU-Tzu nennen. Kooperationen mit weiteren Organisationen sind bereits formal größtenteils vereinbart. Im Rahmen dieser Roadmap werdendazu noch weitere neue Abhängigkeiten dokumentiert, speziell mit dem Fokus auf neue The

menfelder wie digitale Energieverbrauchszähler oder Elektrofahrzeuge, sowie neue Verbin

dungen vorgeschlagen.

Der folgende Abschnitt zeigt die IEC-Architek-tur für das Smart Grid der Zukunft. Diese Architektur wird in verschiedenen nationalen undinternationalen Studien zum Thema Smart

Grid-Standardisierung diskutiert und als Kerneiner zukünftigen Automations- und Netzleittechnik von weltweiten Smart Grid-Implemen-

tierungen angesehen.

Energy MarketI Participants

*

U t i l i t y jCustomers

Utility ServiceI P r o v i d e r

OtherBusinesses Application To Application (A2A)

and Business To Business (B2B)Communication

Inter-System / Application Profiles {CIM XML, CIM RDF)

CIM Extensions )(J970 / 6J968 Common Information Model (CIM)

61970 Component Interface Specification (CIS) / 61968 SIDMS

DCDC

Bridges toother Domains

ApplicationInterfaces

Technologymappings 3 t

SCADA Apps EMS Apps DMS AppsMarket

Operation ApEngineering &Maintenance

Apps

External ITApps

Data Acquisition and Control Front-End / Gateway / Proxy Server/ Mapping Services / Role-based Access Control

TC13WG14Meter

Standards

60870-5101&104

61334DLMS >[ ( I

C61850-7-3, 7-4 Object Models

61850-7-2 ACSI

61850-8-1Mapping to MMS

^ ( M a p p i n gJ V to Web Services j

ExistingObject Models

61850-6Engineering

60870-6-802 ]. Object Models J

60870-6-503 >App Services J

60870-6-703 >P r o t o c o l s J

Equipment AndSystem Interfaces

"*] Specific ObjectJ M a p p i n g s

Field Object Models

SpecificCommunication

Service MappingsCommunication Industry Standard Protocol Stacks

(ISO/TCP/IP /Ethernet) Protocol Profiles

Telecontrol CommunicationsMedia and Services

WAN CommunicationsMedia and Services

f 60870-5TC13 RTUs orField WG14 Substation

v / | Systems

61850Substat ion

Dev ices

61850Devices and Systems 60870-6

beyond the using TASE.2Substation I I, Web Services j I

System EngineeringRevenueMeters lEDs, Relays, Meters, Switchgear, CTs, VTsC DERs,

Meters | ( O t h e r " * )I ^Control Centersj

External Systems(Symmetric Client /Server protocols)

Abbildung 6: Die IEC TR 62357 Seamless Integration Reference Architecture (SIA)

Abbildung 6 dokumentiert dabei die einzelnenSchichten der IEC TR 62357 Seamless Integration Reference Architecture [IEC 62357].Sie basiert auf etablierten Standards von IEC/TC 57 und IEC/TC 13 und stellt diese in Relation zueinander. Dabei existieren zwei Schnittstellen zu externen Systemen und Domänen,vor allem im Bereich der Marktkommunikation

(die zumeist national reguliert ist) und der digi

talen Zähler, oftmals auch als „Smart Meter"bezeichnet. Der Rest der betrachteten Architektur ist dabei meist intern innerhalb des je

weiligen Marktteilnehmers (e. g. Netzbetreiberoder Lieferant) organisiert und umgesetzt. DieStandards der IEC SIA (Seamless IntegrationArchitecture) können daher grob den Bereichen„Integration von Anwendungen und Geschäftspartnern", „Integration von Energieanlagen" und

D K I 28

Quelle: Die IEC TR 62357 Seamless Integration Reference Architecture (SIA)

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“Systeme scheitern an ihrer eigenen Komplexität!”

Merke

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Smart GridGefahrenpotential!!


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Quelle: ARD Sendung … z.B. via: https://www.youtube.com/watch?v=C8mvxStTfTw

13.01.15 20:14Schlachtfeld Internet - Reportage & Dokumentation - ARD | Das Erste

Page 1 of 5http://www.daserste.de/information/reportage-dokumentation/dokus…ndr/12012015-geschichte-im-ersten-schlachtfeld-internet100.html

Die Story im Ersten: Schlachtfeld Internet | Video verfügbar bis 19.01.2015

SENDETERMIN Mo, 12.01.15 | 23:30 Uhr

Die Story im Ersten – Schlachtfeld InternetWenn das Netz zur Waffe wird

Das Internet ist in bisher kaum bekanntem Ausmaß "Aufmarschgebiet" für die digitalen

Truppen der Kriege des 21. Jahrhunderts. In einem exklusiven Interview mit dem

amerikanischen Sender WGBH, dem NDR und Servus TV enthüllt Whistleblower Edward

Snowden, wie die NSA und andere Nachrichtendienste das Netz zur Waffe machen.

Eindringlich warnt der ehemalige Mitarbeiter der NSA, das weltweite Abhören und

Datensammeln der NSA sei nur die Vorstufe, die einem weiterreichenden Ziel diene. Das

Cyber Command der Vereinigten Staaten marschiere über digitale Schwachstellen ein, um

das Internet zu besetzen – und dann gezielt angreifen zu können. Snowden benennt

konkrete Programme und beschreibt, was passieren kann, wenn die USA künftig Krieg im

Netz führen. Menschen werden sterben, warnt Snowden. "Das Internet sollte Frieden und

Demokratie fördern und keine Waffe sein", so der Whistleblower.

Deutschland Drehkreuz des digitalen Krieges

Das exklusive Interview ist Herzstück der Dokumentation "Schlachtfeld Internet – Wenn

das Netz zur Waffe wird". In Zusammenarbeit mit deutschen Experten und amerikanischen

Kollegen haben die Autorinnen Svea Eckert und Alexandra Ringling bislang

unveröffentlichte Dokumente ausgewertet. Diese belegen, dass Deutschland Drehkreuz des

digitalen Krieges ist.

Auch Edward Snowden warnt, deutsche Server

!!

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NIST ECC Curves (ctd)

How were these generated?

Deterministically (i.e. verifiably), from a public seed value

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Where did that come from?

Jerry Solinas at the NSA

(Jerry is a known ECC mathematician at the NSA)

Quelle: Peter Gutmann, 2014.05

Mk10DAdvanced Three PhaseElectronic Meter withDisconnect and

Reconnect FeatureAtlas Series — Class 1 and Class 2

DISCONNECT RELAY

LARGE DATA STORAGE

LARGE DISPLAY

MEASUREEVERYTHING

UPGRADABLE

AMIAMI

READY

The EDMI range of innovative productsincludes digital meters, advancedinfrastructure and energymanagement systems.

With over 30 years industry experience,we ensure all of our products aretechnologically proven andmanufactured to the highest quality.The entire EDMI product range isreliable, upgradable and accurate.The EDMI Atlas platform forms the coreof each of the products in the EDMIsmart metering system. Designedaround a low power, yet powerful andflexible metering engine, all of theproducts share the same robust loggingand communications functionality.

14804 EDMI Inserts ONLY Update_Layout 1 26/09/2013 11:42 Page 7



DISCONNECT RELAY

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AMIAMI

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MEASUREEVERYTHING

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AMIAMI

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“We need systems that 'fail smartly'!"

Bruce Schneier Cryptographie Guru

Quelle: Charles C. Mann, “Homeland Insecurity”, 2002

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Zentrale Fragen zum "Smart Grid"

Kommunikation

braucht braucht

Strom

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Kommunikation

braucht

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“Sabotageakte mit Hilfe von Computersystemen werden in der Zukunft zunehmen."

Merke!

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r Merke!“Wir brauchen einfache, robuste und eigensichere Lösungen.”

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r In der

… auf die jedes Teilsystem eigenständig (dezentral) reagiert.

… gibt es keine zentral Leitstelle

Natur

sondern lediglich große und kleine Ereignisse

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Wettervor- hersage

In der

… gibt es keine zentral Leitstelle

Natur

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Wettervor- hersage

Wetter

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Grüne Welle

Rechts vor Links

sehr effizient, wenn es funktioniert

funktioniert immer

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Grüne Welle

Rechts vor Links

“Smart-Grid”

100%-EE Grid-Code

Wettervor- hersage

Wetter

…“funktioniert” immer, ist aber nicht zwingend optimalRealität

… ist unsicher aber letztlich auch zeitunkritischTheorie

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Smart Gridbraucht ein

Die Energiewende!!Das “Internet" des “Stromnetzes"?

Inselnetzfähig “Keep-it-simple”

Ohne zentrale Leitstelle

Modular

FehlertolerantNicht zerstörbar

anderes

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Beispiel: Stark vereinfachter Spannungsverlauf in einem Kabelstrang

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230

-230

0

Einspeisung(z.B. Ortstransformator)

Einspeisung(z.B. BHKW)

Einspeisung(z.B. PV-Anlage)

Verbraucher

Spannung Frequenz= lokales

Gleichgewicht= globales

Gleichgewicht

50,1 Hz

50,0 Hz

49,9 Hz

Beispiel: Frequenz- und Spannungsverlauf in einer August-Woche

Stromversorgung … Angebot und Nachfrage

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Quelle: Babelbee-Stromstelle - 2011.08

50,1 Hz

50,0 Hz

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200 V

260 VBeispiel: Frequenz- und Spannungsverlauf an einem August-Tag

Zu viel Angebot

Zu wenig Angebot

Stromversorgung … Angebot und Nachfrage

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Stromversorgung … Angebot und Nachfrage50,1 Hz

50,0 Hz

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Beispiel: Frequenz- und Spannungsverlauf an 2 Stunden im August

230 V

200 V

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Zu viel Angebot

Zu wenig Angebot

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Stromversorgung …50,1 Hz

50,0 Hz

49,9 Hz


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200 V

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Physik

Physik

Markt

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230 V

200 V

260 V

Markt… arbeitet auf der Basis von zentralistischen

Vorhersagen über die Zukunft

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230 V

200 V

260 V

… arbeitet auf der Basis von zentralistischen Vorhersagen über die Zukunft

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billig

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… Preise sollten sich am realen “Ist”-Zustand des Netzes orientieren!

billig

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Physik

Physik

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Physik

Physik

Gesetzlicher Mindestlohn?

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Physik

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" Boiler

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% Wärmepumpe

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' Steuerung App/Web

GridSense im Gebäude. Intelligent vernetzt.

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GridSense stabilisiert das Verteilnetz. Ohne teure Kommunikation.

Alle stromintensiven Verbraucher wie Boiler, Wärmepumpen, Batterien

oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge werden durch GridSense jeder-

zeit optimal eingesetzt, wobei die GridSense-Technologie je nach Gerät die

jeweils relevanten Parameter berücksichtigt. Eine aufwendige Echtzeitkom-

munikation mit dem Energieversorger ist dazu nicht zwingend erforderlich.

Dies ist ein enormer finanzieller Vorteil gegenüber den bisherigen SmartGrid-

Lösungen.

Ladestationen für E-Mobile

Ladestationen für Elektrofahrzeuge gelten für GridSense genauso

wie alle anderen Verbraucher im Netz als Stromkonsument, der

durch GridSense gesteuert werden kann. Der gesamte Ladeprozess

läuft koordiniert mit allen anderen Bezügern ab. Die Technologie ist

aus diesem Grund in den GridSense-HomeChargeDevices (HCD) von

Alpiq E-Mobility serienmässig eingebaut.

Boiler

Warmwassererhitzer werden oft mit dem Rundsteuer signal ein- und

ausgeschaltet. Im Gegensatz zu heute, wo Boiler hauptsächlich in

der Nacht aufgeheizt werden, steuert GridSense die Lasten, wenn ein

Übermass an neuer erneuerbarer Energie aus Sonne oder Wind zur

Verfügung steht. GridSense orientiert sich deshalb an der Stromver-

fügbarkeit sowie am Stromtarif und berücksichtigt auch die Wasser-

temperatur im Boiler.

Photovoltaikanlage

Die von der Photovoltaik erzeugte Energie wird im Gebäude oder von

einer Anlage optimal eingesetzt. Bei Überkapazität kann der Boiler

zusätzlich aufgeheizt oder die vorhandene Batterie als Zwischen-

speicher benutzt werden.

Beispiel: GridSense – Alpiq, Schweiz

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Beispiel: GridSense – Alpiq, Schweiz

! Photovoltaikanlage

" Boiler

# Ladestation für E-Mobile

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' Steuerung App/Web

GridSense im Gebäude. Intelligent vernetzt.

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Lösungen.








Boiler








Photovoltaikanlage





12 Medienanlass - GridSense Alpiq InTec

Spannungsverlauf am Hauptschalter eines Einfamilienhauses

Tägliche und saisonale Muster des Spannungsverlaufs

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Beispiel: InGrid

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07.11.14 15:50Tanuja Ganu (Bapat) - IBM

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Project PagesSmarter Energy Group

Smarter Planet Solutions

WATTALYST: Modeling andAnalyzing Demand ResponseSystems

Professional InterestsComputer Science

Algorithms and Theory

Knowledge Discovery andData Mining

Operations Research

Smarter Energy

ProfessionalAssociationsSociety for Industrial andApplied Mathematics

Tanuja Ganu (Bapat)Technical Staff MemberIndia Research Laboratory, Bangalore, [email protected] +91 080 43043343

Tanuja is Technical Staff Member at Smarter Energy group in IBM Research -India. At IBM Research, her work is focused on demand side managementtechniques and embedded analytics research. This research includes innovativedesign of nPlug (a plug for decentralized micro demand response), SocketWatch(an autonomous appliance monitoring system for detecting electricity wastage andappliance malfunctioning) and EU FP7 project WATTALYST on residential andcommercial demand response.

Her research interests are in energy systems, machine learning, data mining,embedded analytics and optimization. She pursued her Masters in ComputerScience at Indian Institute of Science (IISc), Bangalore.

IBM is not responsible for, and does not validate or confirm, the correctness or accuracy of any user content posted. IBM does not endorse any user content. User content does not represent the views oropinions of IBM. IBM, in its sole discretion, reserves the right to remove any content.

Our peopleOur people


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ProfileProfile PublicationsPublications PatentsPatents

Figure 8: Voltage time series for 7 days (top) at an Indianhouseholds and the inferred grid load pattern (bottom)

Figure 9: Histograms of voltages at 7:00 PM (left, peak) and3:00 AM (right, off-peak)

Figure 8(bottom) plots the corresponding median gridload pattern that is inferred by the analytics module af-ter the voltage time series is compressed using PAA (sec-tions 4.2 and 4.3.1). The voltage values between V� = 228Vand Vu = 238V are classified as medium load, while thosebelow and above are classified as high and low load respec-tively. The time period from 6:45 to 8:30PM is classified asone of the peak periods while 10:30PM to 6AM is classifiedas an off-peak period.

In order to determine if the inferred peak period is indeeda period when the load on the grid is high, we compare thevoltage-based inference with the grid load reports publishedby the Southern Regional Load Despatch Center (srldc) inIndia [18]. According to these reports, the evening peaksin south India occur at about 7:00PM and 7:30PM duringwinter and summer months respectively while 3:00AM is off-peak. Figure 9 (left) shows the histogram of voltages from7:00-7:20PM for three months of data. We see that 95%of the time the voltage remains below V� = 228 implying apeak period. Similarly figure 9 (right) shows the histogramfor 3:00-3:20AM in the morning when the voltage alwaysremains above Vu = 238 implying an off-peak period. Thusthe voltage-based inference concurs with the published gridload measurements.

5.2 Inferring supply-demand imbalanceFigure 10 shows the distribution of frequency time series

along with the 2-SD thresholds f� = 49.4 and fu = 50 (sec-tion 4.3.2). We see that the frequency measurements vary ina very narrow range and exhibit a Gaussian-like distribution.About 95% of the values lie within the 2-SD thresholds andthe balance are classified as outliers by the analytics module.The 2-SD thresholds inferred from the data are close to thestandard operating thresholds in India which are 49.4Hz and50.1Hz. Therefore frequency measurements may be used todetect supply-demand imbalance.

Figure 10: Distribution of frequency time series along with2-SD thresholds

5.3 SchedulingIn this section, we present the results of Monte-Carlo sim-

ulations conducted to evaluate the performance of decentral-ized scheduling schemes discussed in section 4.4: (a) Ran-domized scheduling and (b) gsma-based pnlb. We comparethe performance of these schemes against no scheduling (i.e.no nPlugs) and optimal centralized scheduling using directload control. The performance is measured using three met-rics: maximum peak demand, throughput, and overload (de-fined in section 4.4.4).We consider the following deferrable appliances in our ex-

periments, which are commonly used in cities across India:(a) water heater (2.5KW) (b) washing machine (0.8KW) (c)water pump (2.5KW, used to pump up supplied or groundwater) (d) Inverter (0.7 KW, used for power backup). Theseappliances are scheduled within the user specified time pe-riods by randomized scheduling and pnlb to reduce peakloads.We present the results for three scenarios documented in

Table 1: (1) Single peak from water heaters (2) Single peakfrom water heater plus varying background load (3) Multi-ple peaks from different appliances plus varying backgroundload. In each case, the grid threshold capacity is set largeenough so that the optimal centralized scheme can sched-ule the appliances without violating the threshold capacity.In addition the grid is assumed to have a spare generationcapacity that is 50% of the threshold capacity. The through-put and overload of schemes is measured with respect to thethreshold capacity.In order to establish the correspondence between voltage

and grid capacity, we assume that the grid voltage varies be-tween Vmin = 225V and Vmax = 255V with a safe operatingregion from V� = 228 to Vu = 249V. The voltage of the gridat any time t is computed as

v(t) = Vmin + (1− P (t)Pmax

)× (Vmax − Vmin) (3)

Beispiel: nPlug - IBM Research India

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Lösungen.








Boiler








Photovoltaikanlage





07.11.14 15:50Tanuja Ganu (Bapat) - IBM

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Professional InterestsComputer Science

Algorithms and Theory

Knowledge Discovery andData Mining

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Smarter Energy

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Tanuja Ganu (Bapat)Technical Staff MemberIndia Research Laboratory, Bangalore, [email protected] +91 080 43043343

Tanuja is Technical Staff Member at Smarter Energy group in IBM Research -India. At IBM Research, her work is focused on demand side managementtechniques and embedded analytics research. This research includes innovativedesign of nPlug (a plug for decentralized micro demand response), SocketWatch(an autonomous appliance monitoring system for detecting electricity wastage andappliance malfunctioning) and EU FP7 project WATTALYST on residential andcommercial demand response.

Her research interests are in energy systems, machine learning, data mining,embedded analytics and optimization. She pursued her Masters in ComputerScience at Indian Institute of Science (IISc), Bangalore.

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Dezentrales Netzmanagement

beobachtet das “reale Wetter” im Stromnetz und handelt automatisch netzstabilisierend.

“Wettervorhersagen” helfen die Zukunft im Stromnetz einzuschätzen … sind aber nicht zwingend notwendig.

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“Wir müssen die Märkte der Physik anpassen… und nicht umgekehrt."

Merke!

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r Die EnergiewendeMobilitätWärmeStromNahrung

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Mobilität

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Mobilität

Elektromobilität !!

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Akku

!!KLIMAFREUNDLICHER VERKEHR IN DEUTSCHLAND WEICHENSTELLUNGEN BIS 2050

Quelle: http://www.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/Verbaendekonzept_Klimafreundlicher_Verkehr.pdf

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2020 Gigafactory Cell Output 35 GWh/yr!

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Gigafactory

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Solid-State?

… die Reise hat gerade erst begonnen!

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Quelle: Toshiba Inc., http://www.scib.jp/en/

haltbar, sicher, leistungsfähig …

Lithium-Titanat (z.B. Toshiba SCiB)

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… und seit 2012 ein Massenprodukt

Honda Deutschland GmbH Presse und Öffentlichkeitsarbeit • Sprendlinger Landstraße 166 • 63069 Offenbach Telefon 069-8309-323 • Fax 069-8309-839 • E-Mail: [email protected]

www.mcvpo.honda-eu.com • Facebook: Are you ready for Honda

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PresseinformationHondas umweltfreundlicher Scooter: Der neue Elektroroller EV-neo Offenbach, 16. Juni 2011 – Honda hat in Barcelona den neuen Elektroroller EV-

neo vorgestellt: ein umweltfreundlicher Scooter für die Stadt, wendig und

komfortabel, mit dem der Fahrer eine Reichweite von 34 Kilometern hat.

Der Elektromotor des einsitzigen Rollers leistet 2,8 kW / 3,8 PS. Das Fahrzeug

(1,83 Meter lang und 110 Kilogramm schwer) verfügt über eine Kombibremse,

die gleichzeitig auf Hinter- und Vorderrad wirkt.

Die Lithiumionen-Batterie kann an einem haushaltsüblichen Stromanschluss

nachgeladen werden. Mit dem normalen Ladegerät dauert es dreieinhalb

Stunden, bis die Batterie wieder ihre volle Kapazität hat. Das mobile Ladegerät

kann im Fach unter dem Sitz mitgeführt werden. Mit dem größeren

Schnellladegerät verkürzt sich der Ladevorgang auf eine halbe Stunde.

Umweltfreundlicher Cityflitzer: der EV-neo


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Quelle: Toshiba Inc., http://www.scib.jp/en/© 2013 Toshiba Corporation

BSG-130423

Nishi-Sendai Substation, Tohoku Electric Power Co.

The World’s Largest Power Rating of 40MW-20MWhusing SCiBTM for Frequency Regulation

! Construction started on November 25, 2013! All construction work completed by February 2015! Planed 3-years Demonstration by March 2018

METI FundedLithium-Titanat (z.B. Toshiba SCiB)

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Quelle: Wemag

Wemag - Das “Lithium-Speicherstadtwerk”

Akku- Zweitnutzung

(von E-Bikes)

Netzpuffer-Grossakku (5 MW)

E-Mobil-Umrüstung (mit Linde und Karabag)

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“Die Mobilitätswende zwingt uns zur Massenproduktion von Akkutechnologie.”

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“Akkus werden in wenigen Jahren die günstigste Form der Stromspeicherung sein.”

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44 I 1–2012 I JANUAR–FEBRUAR

sem Ereignis gibt es einen massiven Ener-gieüberschuss. Hier hat man die Wahl zwischen „Windräder abschalten“ oder die elektrische Energie mit eher schlech-ten Wirkungsgraden (unter 50%) über den Umweg des Wasserstoffs oder des künstlichen Methans zumindest teilwei-se zu einem späteren Zeitpunkt wieder nutzbar zu machen. Strom ersetzt auf dieses Weise kostbare Kohlenwasserstoffe aus dem Sektor der Biomassenutzung.

Die Grafik von Bild 2 zeigt den Ver-lauf von Mangel und Überfluss über ein ganzes Jahr. Es fällt auf, dass im Som-mer die zeitlichen Abschnitte kürzer und die Wechsel häufiger sind, als im Winter. Zudem gibt es im Sommer tendenziell mehr Überangebot und im Winter mehr Mangel, der sich auch mal über Wochen hinziehen kann.

Lobenswert, aber …Die Analysen und Berechnungen der

Studie von UBA und IWES sind eine soli-de Ausgangsbasis für die bevorstehende Debatte um die Machbarkeit einer Ener-giewende und den Bedarf an Speicher-technologien.

Leider lässt die Studie auch einige der zentralen Fragen unangetastet. Es wird das Zieljahr 2050 beschrieben, doch wie kommen wir von heute dort hin? Welche Strategien sind in der Übergangsphase wichtig und bist wann müssen wir be-stimmte strategische Entscheidungen fällen? Wann müssen wir anfangen da-mit wir 2050 fertig sind? Entsprechende Vorschläge und Analysen hätten sicher-lich den Rahmen der Arbeit gesprengt, doch wird man hierauf noch Antworten geben müssen.

Und dann gibt es da die reale Gefahr, dass ein derartiges Szenario unwiderspro-chen als Faktum angesehen wird, obwohl es selber diesen Anspruch gar nicht er-hebt. Dennoch wird man auch die UBA-Studie zitieren, um zu belegen, dass wir für die Energiewende:

(neue) Pumpspeicher brauchen. massiv in die Wasserstoff- bzw. Me-thanproduktion einsteigen müssen.

die Gebäudeheizung auf Wärme-pumpen umstellen müssen.

Hier lohnt ein kritischer Blick.

Biomasse ist böse?Im UBA-Szenario wird im Jahr 2050 die

Biomasse in Form von Biogas in hoch ef-fizienten GuD-Kraftwerke verstromt und soll so 23 TWh Strom zum Gesamtsystem beitragen. Mehr nicht. Faktisch ist das ein dramatischer Rückgang zu heute, denn die Biomasse liefert bereits heute im Jahr 2011 mehr als 28 TWh EEG-Strom.

Auf Seite 56 erklären die Autoren war-um das Biomassepotential im Jahr 2050 so gering ist, denn es wird nur die Abfall-biomasse veranschlagt. Anbaubiomas-se wird „kritisch gesehen“ und deshalb komplett weggelassen. Leider klingt die Begründung sehr unwissenschaftlich und ist zudem noch inkonsistent. Denn es sol-len weitere Abfallbiomassepotentiale als Energie z.B. im Verkehrssektor genutzt werden. Welche Potentiale das sein sol-len, bleibt aber offen. Holz? Stroh?

Naturverträgliche Biomassenutzung im Zuge einer nachhaltigen Fruchtfolge gibt es für das UBA offenbar genauso wenig wie die Reduktion unseres exzessi-ven Fleischkonsums. Denn dann wären ja mindestens die Anbauflächen der Futter-mittel für Energiebiomasse verfügbar.

Sind Elektroautos gut oder böse?In der Studie werden durchaus große

Ziele für die E-Mobilität bis 2050 be-nannt. 10 Millionen Elektroautos mit je 40 kWh Akku und 200 Kilometer Reich-weite. Dazu kommen weitere 15 Mio. Plug-In-Hybride mit je 10 kWh Akku für bis zu 50 km. In Summe werden so 50% der PKW-Fahrleistung bedient und 50 TWh zusätzlicher Strom benötigt.

Alle Fahrzeuge sind zu 50% ihrer Zeit mit dem Netz verbunden und einige An-teile der Kapazitäten werden für die Last-verlagerung genutzt. Ambitioniert.

Ein Zitat von Seite 30 der Studie lässt jedoch tief blicken. Dort wird eine Ein-führung der Elektromobilität als „eher ungünstig“ beschrieben:

„Verliefe die Entwicklung der Elektro-mobilität langsamer, stünden zwar ge-

EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, Dezember) Leistung (GW)

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PhotovoltaikOnshore-WindLaufwasserGeothermieBasislast Gesamtlast mit Lastmanagement

Bild 2: Betrachtet man ein ganzes Jahr, so ergibt sich dieses Bild der Mangel- und Über-schusszeiten. Im Sommer gibt es viele kurzzeitige Überschüsse (blau) und im Winter eher lange Abschnitte, die vom jeweiligen Wettertrend abhängen. Tendenziell sind die Winter-monate eher von einem hohen Bedarf an abrufbarer Energie (braun) geprägt.

Bild 1: Nach dem UBA-IWES Szenario wäre es — ohne die Nutzung von Kohlenwasserstoffen — im Dezember 2007 über eine Dauer von gut zwei Wochen zu einer massiven Unterde-ckung im Stromnetz gekommen. Gleichzeitig gäbe es aber in den Wochen davor und danach ein deutliches Überangebot.

Überschüsse (EE-Einspeisung > Last)

Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009)

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min. Residuallast: -60,7 GW

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Quelle: UBA Studie "100% EE - 2050" - FhG IWES - 2010

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Bedarf: ca. 14 TWh mit bis 50 GW

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EE-Erzeugungsleistung … 100% Hochrechnungen

Quelle: 100% Studie des Fraunhofer ISE - November 2012 - Szenario REMax

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252 GW PV

Wärme

Einsparungen von 35%

Mobilität 0%… wird nicht berücksichtigt

500 TWhleichter

Rückgang

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250 bis 500? GW Photovoltaik

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1,45 Mio. dezentrale Kraftwerkebrauchen

dezentrale Speicher


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“Pumpspeicher können keinen relevanten Beitrag zur Energiewende leisten.”

Merke!

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MobilitätWärmeStromNahrung

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“Das Stromnetz muss auch ohne Computernetze stabil arbeiten."

Merke!Smart Failure!100%-EE-Gridcode

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“Erzeugung und Speicherung werden auch zukünftig die räumliche Nähe suchen."

Merke!

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“Wir müssen die Märkte der Physik anpassen… und nicht umgekehrt."

Merke!

www.dgs.de

Tomi [email protected]

Systemfragen der Stromspeicherung im Erneuerbaren ... · System Engineering Revenue Meters lEDs,...

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