Nachhaltige Energieversorgung und Integration von Speichern (eBook)

Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz leitet den Fachbereich Elektrische Energiesysteme an der Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg.

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 7
Keynotes 9
Advanced Grid Integration of Renewables Enabledby Power Electronics Technology 10
1 Introduction 10
2 Demands to Renewables 10
3 Power Electronics Technology –advancing the grid integration 12
4 Conclusions 14
5 References 15
Planung und Betrieb von Smart Grids 17
1 Smart Grids und Smart Markets 17
2 Agentenbasierte Netzplanung 17
3 Komponenten und Funktionen in Smart Grids 19
4 Adaptive Zustandsschätzung in Smart Grids 20
5 Zusammenfassung 22
6 Literatur 22
Rahmenbedingungen 23
Vorteile der Netzanschlusszertifizierung in Deutschland 24
1 Verfahren der Netzanschluss-prüfung in Deutschland 24
2 Vorteile des Verfahrens 26
3 Ausblick 27
4 Autor 27
5 Literatur 27
Rechtliche Rahmenbedingungen für Stromspeicher im „Strom-markt 2.0“ und im Zusammenspiel mit Netzausbau und EEG-Einspeisemanagem 28
1 Stromspeicher unter den regula-torischen Rahmenbedingungen des „Strommarkts 2.0“ 28
2 Netzausbau, EEG-Einspeise-management und Stromspeicher 29
3 Kostenbelastungen für Strom-bezug der Speichereinrichtung 29
4 Speicher und die Direktvermark-tungsvorschriften des EEG 2014 30
5 Fazit 31
6 Literatur 31
Auswirkungen der Anreizsysteme für private PV-Anlagenbetreiberauf das lokale Verteilnetz 32
1 Motivation 32
2 Methodik 32
3 Vorgehen für die Betrachtungprivater PV-Anlagenbetreiber 33
4 Ergebnisse 35
5 Zusammenfassung und Ausblick 37
6 Literatur 37
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Haushaltsspeichern undrealdatengestützte Untersuchung des elektrischen Eigenverbrauchsvon PV-Strom 39
1 Projektstandort Epplas 39
2 Untersuchung des möglichenEigenverbrauchs 40
3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungvon Kleinspeichern 42
4 Diskussion und Ausblick 45
5 Anerkennung 45
6 Literatur 45
Modellierung und Bewertung einer autarken Notstromversorgungder Bevölkerung unterhalb der KRITIS??????Schwelle unter Einsatzvon Photovoltaik-Systemen 47
1 Einleitung 47
2 Modellbildung 47
3 Ergebnisse 51
4 Zusammenfassung und Ausblick 52
5 Danksagung 52
6 Literatur 52
Netzintegration 53
Effiziente Bewertung des Anschlusspotenzials von Niederspannungsnetzen für dezentrale Erzeugungsanlagen: Klassifikation mit Meth 54
1 Einleitung 54
2 Klassifikation von Nieder-spannungsnetzen 55
3 Effizienzsteigerung durch Support Vector Machines 57
4 Fazit und Ausblick 59
5 Literatur 59
Bewertung verschiedener Spannungsregelungskonzepte in einem ein-speisegeprägten Mittelspannungsnetz und Ausblick auf neue Konzep 60
1 Einleitung 60
2 Stand der Technik 60
3 Simulation verschiedener Sollwertregelungsarten 61
4 Zusammenfassung und Ausblick 65
5 Literatur 66
Einsatzmöglichkeiten regelbarer Ortsnetztransformatorenzur Spannungshaltung und Netzverlustreduzierung in Niederspannungsverteilnetzen 67
1 Übersicht über die Betriebsartenregelbarer Ortsnetztransformatoren 67
2 Allgemeine Verlustbetrachtung 69
3 Simulationen mit variablerSollwertvorgabe 69
4 Verluste des regelbaren Ortsnetztransformators 71
5 Zusammenfassung und Ausblick 71
Netzdienlicher Einsatz von Speichersystemen in Verteilungsnetzen 73
1 Hintergrund und Zielsetzung 73
2 Methodik 73
3 Szenariorahmen und Annahmen 74
4 Exemplarische Ergebnisse 75
5 Fazit 78
6 Literatur 79
Wirkungsgrad und Energieeffizienz-Kennzeichnung für LED-Lampen 80
1 Einleitung 80
2 LED ersetzen Leuchtstofflampen 80
3 Energieeffizienz-Kennzeichnung 82
4 Elektronische Stromversorgung 83
5 Dimmbare Faden-LED-Lampen 83
6 Zusammenfassung 84
7 Literatur 84
Regelleistung 85
Auswirkungen des Network Code on Electricity Balancing auf den deutschen Regelleistungsmarkt 86
1 Einleitung 86
2 Regelleistungsmarkt 86
3 Änderungen des Marktverhaltens 88
4 Bedeutung für Erneuerbare Energien 88
5 Literatur 89
Regelleistungspotenzial durch wetterabhängige erneuerbare Energie-anlagen unter Einfluss regionaler Vergleichmäßigungseffekte 90
1 Einleitung 90
2 Voraussetzungen 90
3 Vorgehensweise 91
4 Potenzialabschätzung 92
5 Zusammenfassung und Ausblick 94
6 Literatur 95
Einsatzsimulation zur Erbringung von Primärregelleistung mit Batteriespeichern 96
1 Einleitung 96
2 Simulationsmodell 96
3 Untersuchung verschiedener Szenarien 98
4 Ergebnisse der Simulation 99
5 Fazit und Ausblick 102
6 Literatur 102
Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagenkonzepten zur Regelleistungs-erbringung bei veränderten Marktbedingungen 103
1 Einleitung 103
2 Ziel des Forschungsvorhabens 103
3 Ausgangslage 103
4 Untersuchungsgegenstand 104
5 Ergebnisse 106
6 Zusammenfassung und Ausblick 107
7 Literatur 108
Mobilitätanwendungen 109
Geschäftsmodelle für die Versorgung von Haushaltskunden mit Eigenerzeugung, Elektrofahrzeug und stationärem Speicher 110
1 Einleitung 110
2 Geschäftsmodelle 111
3 Simulation der Geschäftsmodelle 112
4 Wirtschaftlichkeitsanalyse 114
5 Literatur 115
Fehlermöglichkeitsund Einflussanalyse (FMEA) eines Second-LifeBatteriespeichers bei einem Energieversorgungsunternehmen 116
1 Einleitung 116
2 Methode 116
3 Ergebnisse 117
4 Fazit 118
5 Ausblick 119
6 Literaturverzeichnis 119
Technische Herausforderungen und Möglichkeiten zur Steuerung des Ladeverhaltens von Elektrofahrzeugen durch intelligente Ladesta 120
1 Einleitung und Zielstellung 120
2 Anschluss von E-KFZ an Ladestationen 121
3 Realisierung des zeitgesteuerten Ladens 122
4 Beeinflussung der Ladeleistung 123
5 Weitere Ergebnisse des Forschungsprojektes 123
6 Zusammenfassung 124
7 Literatur 125
Induktive Ladung mit hoher Leistung in schwachen Netzausläufern 126
1 Einleitung und Motivation 126
2 Netzanschlussherausforderungen bei weiteren Linien 127
3 Lösungsansatz 129
4 Fazit 130
5 Ausblick 130
6 Literatur 130
Hybridantriebskonzepte auf Schiffen 132
1 Einleitung 132
2 Hafenschlepper 133
3 Motorfähre 135
4 Zusammenfassung 137
5 Literatur 137
Brennstoffzellen und thermische Systeme 138
Simulation of Electromagnetically and Thermally Controlled Ionic Flow in a Fuel Cell 139
1 Introduction 139
2 Concept of Electromagnetically Controlled Ionic Flow 140
3 Mathematical Model 141
4 Estimate on the Size of Different Effects 142
5 Finite Element Simulation 142
6 Conclusions and Outlook 144
7 References 144
Verwertung von wasserstoffreichen Gasgemischen in PEM-Brennstoffzellensystemen 145
1 Problematik und Fragestellung 145
2 Aufbau von PEM-Brennstoff-zellensystemen 146
3 Einflussanalyse von Kontaminati-onen und Fremdgasen auf PEM-Brennstoffzellensysteme 148
4 Zusammenfassung und Ausblick 149
5 Literatur 150
Modellprädiktive Leistungsregelung eines Brennstoffzellensystems mit Wechselrichter in einem Microgrid 152
1 Einleitung 152
2 Modellierung 152
3 Modellprädiktive Regelung der elektrischen Leistung 154
4 Simulation 155
5 Brennstoffzellenstack und expe-rimentelle Ergebnisse 155
6 Zusammenfassung und Ausblick 156
7 Modellparameter 157
8 Literatur 157
Die Druckaufgeladene Dampfwirbelschicht-Trocknung von Braunkohlen (DDWT) 158
1 Herausforderungen der Energie-wende für konventionelle Kraft-werke 158
2 Grundlagen des DDWT-Verfahrens 158
3 Entwicklung des DDWT-Verfahrens 160
4 Ausgewählte Ergebnisse 160
5 Zusammenfassung und Ausblick 163
6 Literatur 163
Entwicklung von Betriebsstrategien zur Verbesserung der Effizienz von Kälteversorgungssystemen mit thermischen Speichern 164
1 Effizienzpotenziale in Kälte-versorgungssystemen 164
2 Aufbau von Kältesystemen 164
3 Effizienzpotenzial durch Lastverschiebung 165
4 Mathematische Modellierung 166
5 Simulationsergebnisse 168
6 Zusammenfassung und Ausblick 169
7 Literatur 169
Gesamtsystem 170
Abschätzung des Energieübertragungsbedarfs in Deutschland bei ausschließlicher Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen 171
1 Einleitung 171
2 Vorgehen 172
3 Auswertung 175
4 Zusammenfassung 176
5 Literaturverzeichnis 176
Analysen zu Markteinsatz und Standortauswahl von Power& Bio-massto-Gas-Anlagen zur Speicherung von Strom im Erdgasnetz
1 Einleitung 177
2 Ergebnisse der Markteinsatzbe-rechnung und Standortauswahl 179
3 Diskussion 181
4 Zusammenfassung und Ausblick 181
5 Literatur 181
Techno-ökonomische Bewertung von Lithium-Ionen Batteriespeichern an Windparks 183
1 Unterstützung der Energiewende mit Flexibilitätsoptionen 183
2 Methodik 184
3 Anwendungsfälle für LI-BESS-Speicher an WEA 184
4 Techno-ökonomische Bewertung 187
5 Zusammenfassung und Fazit 188
6 Literatur 188
Aktuelle Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung zum KfW-Förderprogramm „Erneuerbare Energien – Speicher“ 189
1 Das KfW-Förderprogramm Er-neuerbare Energien ‚Speicher‘ 189
2 Das wissenschaftliche Messund Evaluierungsprogramm Solar-stromspeicher 190
3 Marktsituation von Solarstrom-speichern in Deutschland 190
4 Hochauflösende Vermessung dezentraler Solarstromspeicher in Feldversuchen 191
5 Zusammenfassung und Ausblick 194
6 Literatur 194
Posterbeiträge 195
EnergieforschungsverbundHamburg 196
Ausbau und Erhöhungder Energieeffizienz des Energiesystemsder Leuphana Universität Lüneburg 197
Betrieb und Regelung von Brennstoffzellensystemenzur hocheffizienten Energieversorgung 198
Bottom-Up Demand Response durch freiwillige Lastverschiebung auf Endkundenbasis 199
Entwicklung eines Messgerätes zur Bestimmung derzeit- und frequenzabhängigen Netzimpedanz auf derMittelspannungsebene 200
Entwicklung eines Messgerätes zur Bestimmung der frequenzabhängigenNetzimpedanz auf der Hochspannungsebene bis110 kV zur Bewertung der Verfügbarkeit von Netzkapazitätenals Systemgröße zur Dimensionierung von Energiespeichern 201
Using Already Existing Artificial Structures for Energy Storagein Areas with High Shares of Renewable Energies 202
Potential of new pumped-storage power plants inopen cast mining structures and comparison of thestorage capability with electro-mobility 203
Demonstratoren 204
Demonstrator zur interdisziplinären Bewertungvon virtuellen Kraftwerken 205
Innovative elektrische Flugzeugkabinennetze füreine optimierte Bordnetzversorgung 206
Innovative elektrische Flugzeugkabinennetzefür eine optimierte Bordnetzversorgung 207
Demonstrator: Autarke Notstromversorgung derBevölkerung Unterhalb der KRITIS-Schwelle 208
Exkursion am 10.09.2015 zur Stromnetz Hamburg GmbH:Unser Verteilungsnetz für Hamburg 210
Autorenverzeichnis 212