Transcript Folienunterschrift - uni

Wirtschaftliche Faktoren der Windenergie
und Stromhandel
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

EU-Cluster Integration of Renewable Energy
Systems and Distributed Generation

Europäische Forschungsprojekte
Energie- und Kostenmanagement
Dezentrales Power-Quality- und
Netzmanagement
Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V.
Systemtechnik für die Nutzung Erneuerbarer
Energien und die Dezentrale Energieversorgung
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: www.iset.uni-kassel.de
Windenergie
30000
MW
25000
Prof. Dr. J. Schmid
15000
World
Europe
Germany
German wind energy production
GWh
12500
20000
10000
15000
7500
10000
5000
5000
2500
0
0
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
preliminary
Photovoltaik
Szenario für Deutschland
Prof. Dr. J. Schmid
Marine Current Turbines Ltd
Prof. Dr. J. Schmid
Seaflow installed
Prof. Dr. J. Schmid
rotor dia. 11m, rated power 300kW, pile dia. 2.1m
operational
raised for access
Seaflow
First run (unloaded)
30 May 2003
Prof. Dr. J. Schmid
Seaflow
Foundation drilling and sleeving
Prof. Dr. J. Schmid
Seaflow Project - 2003
Prof. Dr. J. Schmid
World’s first tidal current turbine in open sea conditions
World’s 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
Marine Current
Turbines Ltd
Jahnel-Kestermann
Getriebewerke Bochum GmbH
Institut für Solare
Energieversorgungstechnik
Marine currents = High energy intensity
A tidal current turbine gains
over 4x as much energy per
m2 of rotor as a wind turbine
Size
Comparison
1MW wind
turbine
compared
with 1MW
tidal turbine
Prof. Dr. J. Schmid
1 x 55m dia
38
tonne/sec
air
2 x 16m dia
Small size = Lower capital costs
Lower costs = Competitive Advantage
950 tonne/sec
water
Examples of UK Tidal Current Energy Sites
Location
Hoy, Pentland Firth
South Ronaldsay, Pentland Firth
Stroma
Pentland Skerries
Rathlin Island
Casquets, Channel Islands
North West Guernsey, Channel Islands
Big Russell, Guernsey, Channel Islands
Total from selected tidal locations
By comparison…..
UK Coal fired power stations (1999)
UK nuclear power stations (2000)
Prof. Dr. J. Schmid
Potential
installed
capacity
(MW)
1083
1057
2213
5698
2917
2508
2184
729
Potential
energy
delivered
(TWh/yr)
3.7
3.6
7.5
19.4
9.9
8.5
7.4
2.5
18389
62.5
25581
12968
114.6
78.3
* 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
Dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung
Prof. Dr. J. Schmid
Bisher:
100 % 50 % Elektrische Energie
Kraftwerk 50 %
ungenutzte
Abwärme
Zentrale Kraftwerke
Dezentrale Heizung
50 % Fossile Energieträger
Austausch Elektrische Energie
Zukünftig:
Dezentrale
Kraft-Wärme-Kopplung
 1/3 weniger fossile
Energieträger
100 % Öl / Gas
Energieversorgungsstrukturen im Wandel
Kohle
Kernkraft
Bisher
Wasser
Zentrale Großkraftwerke
Hochspannungsnetz
Auslegung auf max. Bedarfsdeckung
Zeitinvariante Tarife
Lastabwurf bzw. Lastabsperrung beim
Kunden
Mittelspannungsnetz
Keine Information zur Netzbelastung
beim Kunden
Strikte Leistungsabgrenzung für
Einspeiser
Niederspannungsnetz
Große Leistungsreserven für
unvorhergesehene Netzbelastungen
bzw. Kraftwerksausfall erforderlich
Nur unidirektionale Steuerung
erforderlich
Prof. Dr. J. Schmid
Energieversorgungsstrukturen im Wandel
Zukünftig
Kohle
Prof. Dr. J. Schmid
Kernkraft
Wasser
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
Windpark
Bidirektionale Kommunikation und
großer Informationsfluss erforderlich
PV
BZ
Wind
PV
BZ
KWK
Power-Quality- und Netzmanagement
Prof. Dr. J. Schmid
Veränderte Erzeugungs- und Lastflüsse
Leistung
Dezentrale
Erzeugung
Verbraucher
Erzeugung
0 0 5 3 7 7
Zeit
Konventionelle
Kraftwerke
Power-Quality- und Netzmanagement
Prof. Dr. J. Schmid
Prognosesystem für die
Leistung aus Windenergieanlagen
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
Wind energy and power plant scheduling
Prof. Dr. J. Schmid
Predicted and observed (measured) wind power
2500
prediction
observed
Megawatts
2000
1500
1000
500
0
07.07
08.07
09.07
10.07
11.07
12.07
Power-Quality- und Netzmanagement
Prof. Dr. J. Schmid
Informationsnetz
Konverter mit
fester Drehzahl:
Windkraft
Wasserkraft
Motoraggregate
P
Direkte Konverter:
Konverter mit
variabler Drehzahl: Photovoltaik
ThermophotoWindkraft
voltaik
Wasserkraft
Brennstoffzellen
Motoraggregate
Mikroturbinen
P, cosj , THD
P, cosj , THD
Batteriespeicher
mit bidirektionalem
Stromrichter
Schwungradspeicher
mit bidirektionalem
Stromrichter
P, cosj, THD
P, cosj, THD
Stromnetz
Wirkleistung (P)
Wirkleistung (P) +
Blindstromkompensation (cos j) + Reduzierung von Verzerrungen (THD)
Energie- und Kostenmanagement
Prof. Dr. J. Schmid
Variable Stromtarife - Strombörse Leipzig LPX
Monatsverlauf
Tagesverlauf
Preis
Preis
Absatz
Absatz
Energie und Kommunikation
Prof. Dr. J. Schmid
Energie- und Power-Quality-Management
Power-Quality-Management
Lokales Energie Management (inkl. aktueller Energiepreise)
LEM
PV
Wasser
Hilfsge- Elektronerator heizung
BZBHKW
Lastabwurf
lokale
Anbieter
Brennstoff
Stromnetz
Steuerungsebene unidirektional
Wind
Directorate General
Research
Cluster
“Integration of Renewable Energies + Distributed Generation”
Projects
Distributed Generation with high Penetration of
Renewable Energy Sources
Prof. Dr. J. Schmid
Verteilte Energieerzeugung mit einem
hohen Anteil erneuerbarer
Energiequellen
37 Partner aus
11 europäischen
Ländern:
Energieversorgungsunternehmen
Industrie und
Ingenieurbüros
Forschungszentren und
Universitäten
• Econnect
• ICSTM
• Uni Duisburg
Uni Strathclyde •
ECN • • ISET • SMA
• Uni Lodz
UMIST •
APX • • GhK
KU Leuven •
• FhG ISE • MVV Energie
The MeT Office •
Cogen • • EMD
• DuTrain
• Armines
• Kirsch
• SWK • Arsenal
• Alstom T&D
• Verbundplan
• CENERG
• Vergnet
• Uni Genova
• EDF
• CESI
• Iberdrola
Redes
• EHN Labein
• Iberdrola
Generation
• ICCS / NTUA
• CRES
Distributed Generation with high Penetration of
Renewable Energy Sources
Entwicklungen für die Integration dezentraler Energieerzeugung
in elektrische Versorgungsnetze
 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
 Informations- und Kommunikationstechnologien, Energiehandel und
Lastmanagement: Einschätzung der
Auswirkungen auf Endverbraucher
 Vertrags- und Tarifgestaltung:
Untersuchungen bezüglich
Energiehandel, -durchleitung und
Netzdienstleistungen
 Internet basierte Informationssysteme für Kommunikation,
Energiemanagement und -handel
 Planungswerkzeuge zur Integration
 Verbreitung und Implementierung
von dezentralen Komponenten in
der erarbeiteten Konzepte
regionale und lokale Netze
 Testanlagen und Komponenten:
Verbesserung und Anpassung für
dezentrale Energieerzeugung
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
CRISP
Distributed Intelligence in Critical Infrastructures for Sustainable Power
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr. J. Schmid
Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V.
Systemtechnik für die Nutzung Erneuerbarer
Energien und die Dezentrale Energieversorgung
Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung
 Windenergie






Photovoltaik
Biomassenutzung
Energiewandlung und Speicher
Hybridsysteme
Energiewirtschaft
Information und Weiterbildung
www.iset.uni-kassel.de
www.dispower.org
www.clusterintegration.org