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Workshop Energiepolitik am Scheideweg Workshop I – Forschung und Entwicklung als Schlüssel zur Speicherung von Energie Düsseldorf, 18. November 2013 Dr.-Ing.

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1 Workshop Energiepolitik am Scheideweg Workshop I – Forschung und Entwicklung als Schlüssel zur Speicherung von Energie Düsseldorf, 18. November 2013 Dr.-Ing. Rolf Albus

2 Autor Seite: 2 Energiespeicherung - Hintergrund Die Ausregelung von Last (Bedarf) und Einspeisung (Erzeugung) wird essentiell für die Netzstabilität – auf der Stromseite. o Der massive Ausbau der Erzeugungs- kapazität der Erneuerbaren Energiequellen (Windkraftanlagen, PV) führt zu Strom- spitzen: Erzeugung und Bedarf sind nicht mehr synchron. o Das Stromnetz verfügt über keine nennenswerten Speicherkapazitäten. Quelle: BMWi, GWI, 2013 Folie 2

3 Autor Seite: 3 StromnetzKohle Kohle-KW Industrie GasnetzErneuerbare Energien GuD-KW Industrie Mikro- KWK BHKW Fluktuation Ausregelung zur Netzstabilisierung: Hochflexible Erzeugung, Lastmanagement, Netz- und Speicherausbau Folie 3 Energienetze und ihre Kopplung Ausregelung von Last (Bedarf) und Einspeisung (Erzeugung) ist erforderlich. Quelle: GWI, 2013

4 Autor Seite: 4 Fluktuation Folie 4 Speicheroptionen – e-mobility Strom aus Erneuerbaren Energiequellen wird in KFZ-Batterien gespeichert. Quelle: GWI, 2013 Speicher- kapazität von 45 Mio. KFZ ca. 6 Stunden Batterien von 45 Mio. KFZ e-mobility StromnetzErneuerbare Energien

5 Autor Seite: 5 StromnetzGasnetzErneuerbare Energien GuD-KW Industrie Mikro-KWK BHKW Fluktuation Folie 5 Speicheroptionen – Power-to-Gas Strom aus Erneuerbaren Energiequellen wird chemisch gespeichert. Quelle: GWI, 2013 Speicher- kapazität von Netz und Gasspeichern ca. 60 Tage Existierende Speicher- kapazität ca. 23 Mrd. m 3 N Elektrolyse Methani- sierung CO 2 H2H2 H2H2 Power-to-Gas

6 Autor Seite: 6 Speicherzeit [h] Speicherkapazität [h] Quelle: DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V. Bonn, 2011 Speicheroptionen Potenziale der verschiedenen Speichertechnologien. Folie 6

7 Autor Seite: 7 Folie 7 Speicheroptionen – Power-to-Gas Power-to-Gas wird in verschiedenen Demonstrationsprojekten untersucht. Es sind alle Technologien vorhanden – aber der Teufel steckt im Detail. Quelle: DVGW, 2011 o Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse ist ein altbekanntes Prinzip und wird seit Jahrzehnten erfolgreich in der chemischen Industrie eingesetzt. Auslegungsbasis Elektrolyseur ist eine gewünschte Wasserstoffmenge. o Die P2G-Betriebsanforderungen sind heute: (Fluktuierende) Strommengen auf der Eingangsseite des Elektrolyseurs. Fragestellung: was machen wir dann mit dem Wasserstoff (Sauerstoff)?

8 Autor Seite: 8 Strom im Gebäude – eine hochdynamische Randbedingung Folie 8 Die Dynamik ist beim realen Lastprofil wesentlich deutlicher ausgeprägt. Elektrischer Energiebedarf in Watt o Reales Lastprofil: Ausgeprägte Spitzen und uneinheitlicher Verlauf; Differenzierung zw. WI, SO und ÜZ schwierig Auf kWh/a normiertes Standardlastprofil für Haushalte Auf kWh/a normiertes reales Lastprofil für Haushalte WI – Winter ÜZ – Übergangszeit SO – Sommer o Normiertes Lastprofil: Einheitlicher und gedämpfter Verlauf Quelle: VDMA, Thorsten Zoerner (www.stromhaltig.de), 2013

9 Autor Seite: 9 Folie 9 Speicheroptionen – Batterien im Gebäude Strom aus PV / KWK wird in Batterien gespeichert zur Optimierung des Stromeigenverbrauchs (Lastmanagement). Quelle: Voltwerk, 2013 o Die optimale Systemintegration erfordert ein umfassendes und intelligentes Lastmanage- ment, das nicht an der Gebäudehülle halt macht. o Gesamtprozessanalysen incl. Untersuchungen zu Netzrückkopplungen sind erforderlich. o Eigenverbrauchsoptimierung kann / darf nicht zur Autarkie führen – Bezahlbarkeit von Lastspitzen? o Für den Einsatz mit KWK gilt der gleiche Ansatz zur Optimierung des Eigenver- brauchs. Batterie gestütztes Wechselrichtersystem zur Eigenverbrauchsoptimierung in einem 4- Personenhaushalt mit 5 kW Nennleistung, Speicherkapazität 8,8 kWh.

10 Autor Speicheroptionen - Thermische Energie im Gebäude Die Wärmespeicherung in Gebäuden ist auf dem Weg zu einem stromgeführten KWK-Betrieb eine zentrale Herausforderung, die umfassend und wirtschaftlich gelöst werden muss (Virtuelle Kraftwerke & Smart Grids) Folie 10 Quelle: Prof. Dr. Bernhard Lenz, 2010

11 Autor Seite: 11 Fazit Speicherbedarf von Energie Folie 11 o Speicher sind notwendig für eine verlässliche Integration erneuerbarer Energien in die Energieversorgungssysteme (Glättung der fluktuierenden Erzeugung). o Übertragungskapazität der Netze: 2009 wurde im Gasnetz eine Energiemenge von ca TWh übertragen, auf der Stromseite waren dies ca. 590 TWh. o (Direkte) Speicherkapazität der Netze: Strom vernachlässigbar, Gasspeicher ca. 23 Mrd. m 3 N. o Gasnetz als Speicher ist in ganz Deutschland flächendeckend verfügbar (Gesamtlänge km). o Vorhandene Speicherkapazitäten, z. B. Druckluftspeicher, Pumpspeicher sind kaum ausbaufähig. o Elektrochemische und thermische Speicher eignen sich für die kurzzeitige Speicherung. o Nur chemische Energiespeicher eignen sich für die Speicherung von Energie über lange Zeiträume und in großen Mengen (hohe Flexibilität). Die Möglichkeiten, chemische Energiespeicher wie H2 oder CH4 flexibel zu nutzen (Rückverstromung über KWK, (Ab)Wärmenutzung, Mobilität, Chemierohstoff), eröffnen neue Optionen für eine effektive und effiziente Energieversorgung.

12 Autor Seite: 12 Rahmenbedingungen für F&E Wesentlicher Aspekte für erfolgreiche F&E zur Energiespeicherung liegt in der Mittel- bis Langfristigkeit der Programme. o Wesentliches Element künftiger forschungs- und technologiepolitischer Maßnahmen sollte eine grundsätzliche Technologieoffenheit sein. o Bis zu einem wirtschaftlich vertretbaren Einsatz von chemischen und stofflichen Energiespeichern muss ein längerer Zeithorizont veranschlagt werden. Somit stehen kurzfristig keine wirtschaftlich tragfähigen Lösungen zur Verfügung. o Der F&E-Bedarf sämtlicher Speichertechnologien muss weiter identifiziert und strukturiert werden, insbesondere bei der Schlüsseltechnologie Elektrolyse, welche noch großes Potential zur Senkung der spezifischen Erzeugungskosten birgt: Deutschland zurzeit: /kW, USA: 489 $/kW (!) o Für die technologische Entwicklung und die Umsetzung von F&E in Innovationen sind verlässliche und konstante Rahmenbedingungen und eine langfristig stabile Förderung mit solider Finanzierung notwendig: Planungssicherheit für Investitionen der Unternehmen. Ausrichtung der öffentlichen F&E-Förderprogramme auf einen langfristigen technologischen Entwicklungshorizont. Folie 12

13 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.-Ing. Rolf Albus Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. Hafenstraße Essen Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0)


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