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Prof. Dr. Jürgen Schmid Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e. V. Erneuerbare Energien und dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung.

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1 Prof. Dr. Jürgen Schmid Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e. V. Erneuerbare Energien und dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung Energieversorgungsstrukturen im Wandel Energie- und Kostenmanagement Dezentrales Power-Quality- und Netzmanagement EU-Cluster Integration of Renewable Energy Systems and Distributed Generation Europäische Forschungsprojekte Wirtschaftliche Faktoren der Windenergie und Stromhandel

2 Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V. Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung Windenergie Photovoltaik Biomassenutzung Energiewandlung und Speicher Hybridsysteme Energiewirtschaft Information und Weiterbildung Vorstand: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmid Dr. rer. nat. Oliver Führer Personal: ca. 75 Mitarbeiter/innen Jahreshaushalt: rund 8 Mio. Euro Informationen: Systemtechnik für die Nutzung Erneuerbarer Energien und die Dezentrale Energieversorgung

3 Windenergie Prof. Dr. J. Schmid MW World Europe Germany German wind energy production GWh preliminary

4 Szenario für Deutschland Photovoltaik Prof. Dr. J. Schmid

5 Marine Current Turbines Ltd Prof. Dr. J. Schmid

6 Seaflow installed rotor dia. 11m, rated power 300kW, pile dia. 2.1m operational raised for access Prof. Dr. J. Schmid

7 Seaflow First run (unloaded) 30 May 2003 Prof. Dr. J. Schmid

8 Seaflow Foundation drilling and sleeving Prof. Dr. J. Schmid

9 Seaflow Project Institut f ü r Solare Energieversorgungstechnik Jahnel-Kestermann Getriebewerke Bochum GmbH Marine Current Turbines Ltd Worlds first tidal current turbine in open sea conditions Worlds first offshore wet renewable to deliver over 200 kW £3.4 million project funded by UK DTI the EC Joule Programme (now Energie) the German Government and the consortium partners shown below Prof. Dr. J. Schmid

10 Marine currents = High energy intensity A tidal current turbine gains over 4x as much energy per m 2 of rotor as a wind turbine Size Comparison 1MW wind turbine compared with 1MW tidal turbine 1 x 55m dia 2 x 16m dia 950 tonne/sec water 38 tonne/sec air Small size = Lower capital costs Lower costs = Competitive Advantage Prof. Dr. J. Schmid

11 * from Tidal Stream Energy Review published for the DTI by the Energy Technology Support Unit, ETSU, ref. T/05/00155, Crown Copyright 1993 and Digest of United Kingdom Energy Statistics 2000, DTI, 2001 Examples of UK Tidal Current Energy Sites Prof. Dr. J. Schmid

12 Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung Prof. Dr. J. Schmid Bisher: Zentrale Kraftwerke Dezentrale Heizung Zukünftig: Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung 1/3 weniger fossile Energieträger

13 Energieversorgungsstrukturen im Wandel Prof. Dr. J. Schmid KohleKernkraftWasser Hoch- spannungs- netz Mittel- spannungs- netz Nieder- spannungs- netz Bisher Zentrale Großkraftwerke Auslegung auf max. Bedarfsdeckung Zeitinvariante Tarife Lastabwurf bzw. Lastabsperrung beim Kunden Keine Information zur Netzbelastung beim Kunden Strikte Leistungsabgrenzung für Einspeiser Große Leistungsreserven für unvorhergesehene Netzbelastungen bzw. Kraftwerksausfall erforderlich Nur unidirektionale Steuerung erforderlich

14 Windpark BZPVWindBZPVKWK KohleKernkraftWasser Zukünftig Zusätzlich dezentrale Einspeisung Bedarfsdeckung durch Handel Zeitvariable Tarife Last- und Kostenoptimierung durch Dialog Variable Leistungsbegrenzung als Funktion der aktuellen Netzbelastung Leistungsreserven werden durch Handel reduziert bzw. eliminiert Bidirektionale Kommunikation und großer Informationsfluss erforderlich Energieversorgungsstrukturen im Wandel Prof. Dr. J. Schmid

15 Leistung Zeit Dezentrale Erzeugung Verbraucher Konventionelle Kraftwerke Erzeugung Prof. Dr. J. Schmid Veränderte Erzeugungs- und Lastflüsse Power-Quality- und Netzmanagement

16 Stufe 1: Online-Modell rechnet aus wenigen gemessenen Windparks die aktuelle Leistung aller Anlagen hoch Stufe 2: Prognose-Modell berechnet aus aktueller Leistung und Wettervorhersage die zu erwartende Windleistung Genauigkeit im statistischen Mittel über 90 % bei 48-Stunden-Prognose über 95 % bei 3-Stunden-Prognose Einsatz: E.ON-Netz seit einem Jahr erfolgreich Vattenfall Europe Transmission und RWE-Net in Entwicklung Prognosesystem für die Leistung aus Windenergieanlagen Power-Quality- und Netzmanagement Prof. Dr. J. Schmid

17 Predicted and observed (measured) wind power Wind energy and power plant scheduling Prof. Dr. J. Schmid

18 Informationsnetz Stromnetz Wirkleistung (P)Wirkleistung (P) + Blindstromkompensation (cos ) + Reduzierung von Verzerrungen (THD) Konverter mit fester Drehzahl: Windkraft Wasserkraft Motoraggregate P, cos, THD P, cos, THD P Schwungrad- speicher mit bidirek- tionalem Stromrichter Batterie- speicher mit bidirek- tionalem Stromrichter Konverter mit variabler Drehzahl: Windkraft Wasserkraft Motoraggregate Mikroturbinen Direkte Konverter: Photovoltaik Thermophoto- voltaik Brennstoffzellen Power-Quality- und Netzmanagement

19 Prof. Dr. J. Schmid Monatsverlauf Tagesverlauf Preis Absatz Preis Absatz Variable Stromtarife - Strombörse Leipzig LPX Energie- und Kostenmanagement

20 Prof. Dr. J. Schmid Energie und Kommunikation Energie- und Power-Quality-Management

21 Directorate GeneralResearch Projects Integration of Renewable Energies + Distributed Generation Cluster Integration of Renewable Energies + Distributed Generation

22 Distributed Generation with high Penetration of Renewable Energy Sources 37 Partner aus 11 europäischen Ländern: Energieversorgungs- unternehmen Industrie und Ingenieurbüros Forschungszentren und Universitäten ISET Armines CENERG GhK Uni Lodz Uni Duisburg FhG ISE Arsenal Uni Genova ICCS / NTUA CRES ECN ICSTM Uni Strathclyde UMIST KU Leuven EDF CESI MVV Energie SWK Verbundplan Iberdrola Redes Iberdrola Generation EHN Labein Alstom T&D Vergnet DuTrain SMA EMD Kirsch APX Econnect The MeT Office Cogen Verteilte Energieerzeugung mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energiequellen Prof. Dr. J. Schmid

23 Netzstabilität und Steuerung: Strategien und Konzepte Netzqualität: Untersuchungen und Anforderungen für dezentrale Wechselrichter und Generatoren Normen: Vorbereitung für Sicherheit und Netzqualität Management-Systeme für lokale Netze mit einem hohen Anteil an dezentraler Erzeugung Planungswerkzeuge zur Integration von dezentralen Komponenten in regionale und lokale Netze Testanlagen und Komponenten: Verbesserung und Anpassung für dezentrale Energieerzeugung Informations- und Kommunikations- technologien, Energiehandel und Lastmanagement: Einschätzung der Auswirkungen auf Endverbraucher Vertrags- und Tarifgestaltung: Untersuchungen bezüglich Energiehandel, -durchleitung und Netzdienstleistungen Internet basierte Informations- systeme für Kommunikation, Energiemanagement und -handel Verbreitung und Implementierung der erarbeiteten Konzepte Entwicklungen für die Integration dezentraler Energieerzeugung in elektrische Versorgungsnetze Distributed Generation with high Penetration of Renewable Energy Sources

24 ICCS/NTUA MICROGRIDS Large Scale Integration of Micro-Generation to Low Voltage Grids Objectives Increase penetration of RES and other micro-sources Study the operation of MicroGrids in parallel with the mains and in islanding conditions Define, develop and demonstrate control strategies for MicroGrids Define appropriate protection and grounding policies that will assure safety of operation Identify the needs and develop the telecommunication infrastructures and communication protocols required Determine the economic benefits and to propose systematic methods and tools

25 Aim: Design and test new strategies for distributed power generation As enabled by recent advances in ICT technologies for distributed intelligence Approach Study new strategies for various scenarios Market-oriented online demand-supply matching Intelligent load shedding Fault diagnostics in high-DG distribution networks Economic utility-driven network security models Develop associated ICT architectures and tools Carry out scenario simulations Carry out lab tests and field experiments CRISP Distributed Intelligence in Critical Infrastructures for Sustainable Power

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. J. Schmid Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung Windenergie Photovoltaik Biomassenutzung Energiewandlung und Speicher Hybridsysteme Energiewirtschaft Information und Weiterbildung Systemtechnik für die Nutzung Erneuerbarer Energien und die Dezentrale Energieversorgung Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V.


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