Vortrag Bernhard Beck
Vortrag Bernhard Beck
Vortrag Bernhard Beck
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Innovationstag: Energiekompetenz Mainfranken 2012<br />
Nutzung erneuerbarer Energien in der Praxis<br />
BELECTRIC – The better electric.<br />
Klimafreundlich • Innovativ • Zuverlässig
BELECTRIC: Kurze Vorstellung<br />
Mehr als 544 Mio. Euro bilanzierte Gesamtleistung für 2011<br />
Ca. 2.000 Mitarbeiter in 17 Ländern<br />
Seit 2001 über 100 angemeldete Patente<br />
Zur Zeit installieren wir mehr als 2 MWp pro Tag
Was bedeutet “Solarenergie”?<br />
Photovoltaik-Module =<br />
“Treibstoff für die Stromproduktion”<br />
15-20% der Arbeitsplätze<br />
Hautpsächlich Import, Massenprodukt<br />
System-Technologie =<br />
“Infrastruktur zur Stromproduktion”<br />
80-85% der Arbeitsplätze<br />
High-Tech Industrie am Standort DE
BELECTRIC: Unsere Geschäftsbereiche
PV 2.0: Regenerative Energiezukunft<br />
Grundversorgung:<br />
Einsatz von Solarkraftwerken und Windkraft-<br />
anlagen als direkte Energiekonverter, ohne<br />
Regulierbarkeit, dafür ohne “Treibstoffkosten”<br />
Bedarfsgerechte Erzeugung:<br />
Einsatz regulierbarer und Ressourcen-<br />
verbrauchender Kraftwerke (Biogas, Erdgas,<br />
Kohle & Wasserkraft)<br />
Verwendung effizienter Speicherlösungen, wie<br />
Pumpspeicherkraftwerke und elektrische<br />
Speicher
PV 2.0: 100% netzintegriert<br />
Das Energiesystem der Zukunft kombiniert die<br />
verschiedenen Segmente in<br />
EINEM SYSTEM<br />
Steigerung der Netzqualität<br />
(Abfangen von Spitzenlasten,<br />
Stabilisierung der Netzspannung)<br />
Sicherung vor regionalen Black-Outs<br />
Stromerzeugung nach Bedarf<br />
Speicherung<br />
Erzeugung<br />
Verbrauch<br />
ABER: ENERGIE muss für den Verbraucher BEZAHLBAR bleiben
Photovoltaik 2.0:<br />
Intelligente Stromerzeugung und<br />
Versorgung durch Kombination
PV 1.0: Ein Blick in die Vergangenheit<br />
Ältere Solarkraftwerke und auch PV-Dachanlagen haben mit<br />
typischen Problemen zu kämpfen:<br />
I. Hohe Investitionskosten durch individuelle aufwendige<br />
Planung und nicht-standardisiertes Systemdesign<br />
II. Verringerung der Netzqualität bei Einspeisung<br />
Erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarkraft<br />
III. Keine 100%ige Einspeisesicherheit, da Photovoltaik und<br />
Wind nicht ständig verfügbar<br />
IV. Hohe Energieerzeugungskosten im Vergleich zu anderen<br />
Energiequellen: „Photovoltaikmodule sind teuer und<br />
weisen geringe Wirkungsgrade auf“
Aussage I:<br />
Hohe Investitionskosten durch<br />
individuelle aufwendige Planung und nichtstandardisiertes<br />
Systemdesign
Anforderung: Senkung Investitionskosten<br />
Optimierung aller Prozesse, der Kraftwerktechnik<br />
und des gesamten Systemdesigns<br />
Vereinfachung Standardisierung Effizienzsteigerung<br />
Steigerung des Energieertrags und bei gleichzeitiger<br />
Verringerung der Anlagen- und Betriebskosten<br />
Reduzierung der LCOE<br />
2.5 MegaWattBlock
Der 2.5 MegaWattBlock®<br />
Konsistente Kraftwerkseinheit – entwickelt für den Bau<br />
von Solarkraftwerken in (bis zu) 2,5 MWp-Schritten<br />
Standardisiertes System-Design<br />
Intelligente und netzunterstützende Wechselrichtertechnologie<br />
produziert den günstigsten Solarstrom
2.5 MegaWattBlock®: Skalierbarkeit<br />
Beispiel eines Solarkraftwerks<br />
aus mehreren Kraftwerksblöcken
Aussage II:<br />
Verringerung der Netzqualität bei<br />
Einspeisung Erneuerbarer Energien wie<br />
Wind- und Solarkraft
Das Stromnetz: Erneuerbare Energien<br />
Dezentrale Erneuerbare Energien speisen an unterschiedlichen<br />
Netzpunkten ins Stromnetz ein, während ihre tatsächliche Leistung<br />
durch die Verfügbarkeit von Sonne/Wind variieren kann.<br />
Ergebnis: Schwankende Netzspannungen, die aber in einem<br />
vorgeschriebenen Korridor gehalten werden müssen.<br />
Großkraftwerk<br />
E = Erneuerbare Energie<br />
V = Verbraucher
Das Stromnetz: Extremszenarien<br />
Spannungsüberschreitungen…<br />
bei hoher EE Einspeisung und wenig Verbrauch<br />
bei sehr hoher Verbraucherlast und wenig EE Einspeisung<br />
Spannung bewegt sich außerhalb des Korridors<br />
Großkraftwerk<br />
110%<br />
= 253V<br />
100%<br />
= 230V<br />
90%<br />
= 207V<br />
Spannung<br />
außerhalb<br />
der<br />
Richtlinien<br />
Spannungskorridor<br />
(entsprechend EN 50160 (UN ± 10%)
Lediglich ein Netzausbau bliebe als<br />
Lösungsalternative<br />
…, wenn da nicht die dezentrale Blindleistung wäre
Netzstabilisierung durch Blindleistung<br />
Durch Phasenverschiebung von Strom und Spannung<br />
(dezentrale Bereitstellung von Blindleistung) im Verteilnetz<br />
lässt sich die Netzspannung an Netzpunkten erhöhen<br />
und absenken.<br />
Bereitstellung und Bezug von Blindleistung kann<br />
Spannungsschwankungen im Netz ausgleichen.<br />
Grundfunktion in allen konventionellen Großkraftwerken.
Blindleistungsregelung in EE-Einspeisern<br />
Q,<br />
P<br />
100%<br />
0<br />
Schematische Darstellung<br />
S = Scheinleistung<br />
Q = Blindleistung<br />
P = Wirkleistung<br />
cos φ= 0,90<br />
100%<br />
Maximalwert der BL (Q) ist abhängig von der<br />
Scheinleistung, also von der aktuell erzeugten Energie<br />
Mögliche<br />
Wirkleistung bei<br />
Sonneneinstrahlung<br />
Regelbare<br />
Blindleistung<br />
S
2.5 MegaWattBlock®: PCU<br />
Die Power Conditioning Unit (PCU) enthält<br />
Kraftwerkswechselrichter<br />
Trafostation (mit 20 kV Einspeisung)<br />
Steuereinheit<br />
Dynamische Blindleistungsregelung<br />
bei Tag und Nacht (24/7)
Q,<br />
P<br />
100%<br />
Netzstabilisierung: PCU – Tag und Nacht<br />
0<br />
Schematische Darstellung<br />
Aktiv regelbare<br />
Blindleistung<br />
Q kann unabhängig von S geregelt werden<br />
Q + P jedoch
2.5 MegaWattBlock®: Netzintegration<br />
Das regionale Stromnetz der Zukunft<br />
1 Solarkraftwerk: 4 x 2.5 MegaWattBlock mit Power Conditioning Unit (PCU)<br />
2 Power Plant Controller (PPC) und Netzanschluss<br />
3 Transformatorstation<br />
4 Netzleitung (Mittelspannungs- und Hochspannungsnetz)<br />
5 Externer Spannungssensor<br />
6 Privathaushalte<br />
7 Konventionelles Großkraftwerk<br />
8 Städtischer Bereich<br />
9 Industriegebiet<br />
1<br />
2<br />
3<br />
5<br />
4<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9
Netzstabilisierung: Das Resultat<br />
Vergleich der Netzspannungen beim Verbraucher im 0,4kV Netz<br />
Spannung<br />
[V]<br />
Spannung<br />
[V]<br />
Netzspannung OHNE Blindleistungsregelung<br />
Netzspannung MIT Blindleistungsregelung
Das Resultat: Vermeidung extremer Spannungsschwankungen<br />
Aktive Blindleistungsregelung reguliert die<br />
Netzspannung und gleicht<br />
Phasenverschiebungen aus<br />
110%<br />
= 253V<br />
100%<br />
= 230V<br />
90%<br />
= 207V<br />
Passive Blindleistungsregelung bei<br />
Einspeisung reguliert die Netzspannung<br />
Spannungskorridor (nach<br />
EN 50160 (UN ± 10 %)
Das Resultat: Stabilisierte Netzspannung<br />
Integrierte netzstabilisierende Freiflächen-Solarkraftwerke...<br />
Arbeiten Tag und Nacht (auch wenn die Sonne nicht scheint)<br />
Stabilisieren das Stromnetz hinsichtlich der Spannung<br />
Sparen Netzausbaukosten ein und vermeiden<br />
Landschaftsverbrauch durch Strommasten<br />
Was bedeutet dies für die Produzenten Erneuerbarer Energien?<br />
Solarkraftwerke mit<br />
hohem Energieertrag…<br />
…sollten – zu jeder Tageszeit –<br />
ihre Leistung ins Netz einspeisen<br />
Instabiles Netz<br />
Hoher Energieverlust<br />
Hoher Ertragsausfall<br />
Stabilisiertes Netz<br />
Volle Einspeisung<br />
Volle Erträge
+<br />
Aussage III:<br />
Keine 100%ige Einspeisesicherheit,<br />
da Photovoltaik und Wind nicht ständig<br />
verfügbar
Wie schaut es bei der Windenergie aus?<br />
Leistung<br />
Windenergie ist zumeist Tag und Nacht verfügbar<br />
Leistungsspitzen zur Mittagszeit werden jedoch durch eine<br />
reine Windenergieversorgung ungenügend abgedeckt<br />
Täglicher<br />
Energiebedarf<br />
Windenergie<br />
Fossile Energien<br />
6:00 12:00 18:00 24:00<br />
Uhrzeit
Wie schaut der tägliche Bedarf aus?<br />
Leistung<br />
Solarkraftwerke produzieren in Übereinstimmung mit dem<br />
Verbrauch<br />
Regelbare Kraftwerke (Erdgas, Biogas, Kohle) füllen die<br />
Bedarfslücken bei Tag und Nacht<br />
Täglicher<br />
Energiebedarf<br />
Solarenergie<br />
Windenergie<br />
Fossile Energien<br />
6:00 12:00 18:00 24:00<br />
Uhrzeit
Solarkraftwerke mit Kurzzeitspeicher<br />
Problem der Zukunft:<br />
Die Diskrepanz zwischen Energieverbrauch und Energieerzeugung<br />
wird in den nächsten Jahren weiter wachsen. Dies<br />
reduziert die Stabilität und erhöht die Gefahr eines Black-Outs.<br />
Solarkraftwerke als Lösung:<br />
Energiespeicher werden in Solarkraftwerke integriert<br />
um Angebot und Nachfrage in<br />
Balance zu bringen.
Soll<br />
Szenario I: Ausfall der PV-Leistung<br />
Kleine, dezentrale Energiespeicher in den Solarkraftwerken<br />
schalten bei Leistungseinbruch in Sekundenbruchteilen zu und<br />
überbrücken die Anlaufzeit des Regelkraftwerks (am Beispiel<br />
Gasturbine)<br />
Leistung<br />
Energiespeicher<br />
Photovoltaik<br />
Gasturbine<br />
1 2 3 4<br />
Zeit [h]
Szenario II: Hohe Verbraucherlast<br />
Kurzfristig notwendige Spitzenlasten im Netz werden durch<br />
Regelleistung zur Verfügung gestellt. Kleine Energiespeicher<br />
sparen prognostizierte Anlaufphasen, so dass Regelleistung erst<br />
bei tatsächlichen Bedarf zugeschaltet wird.<br />
Leistung<br />
Energiespeicher<br />
Hohe Last durch<br />
Energieverbraucher<br />
Gasturbine<br />
1 2 3 4<br />
Zeit [h]
Szenario III: Regelleistung<br />
Der Mangel an rotierender Masse, der durch das Abschalten<br />
von großen Kraftwerken entsteht, schränkt die Stabilität des<br />
bestehenden Netzes ein und erhöht die Gefahr eines Blackouts.<br />
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Primärregelleistung (30s)<br />
und der Sekundärregelleistung (5min) ist zu langsam im<br />
Vergleich zur Volatilität der Verbraucher und EE-Einspeiser<br />
Rotierende Masse<br />
fällt weg!
Soll<br />
Szenario III: Regelleistung<br />
Kleine, dezentrale Energiespeichersysteme können innerhalb<br />
von Sekundenbruchteilen das lokale Stromnetz für kurze<br />
Zeiträume stabilisieren. In dieser Zeit kann Regelleistung<br />
„hochgefahren“ werden.<br />
Leistung<br />
Kurzzeit-Überbrückung<br />
durch Energiespeicher<br />
Kurzfristige Leistungseinbrüche<br />
im Stromnetz<br />
Gasturbine<br />
Zeit [h]
Aussage IV:<br />
Hohe Energieerzeugungskosten im<br />
Vergleich zu anderen Energiequellen
Definition: Was bedeutet “grid parity”?<br />
Abhängig vom Photovoltaik-System:<br />
Photovoltaik-Dachanlagen<br />
Freiflächen-Solarkraftwerke
Definition: Was bedeutet “grid parity”?<br />
Photovoltaik-Dachanlagen<br />
Grid parity bedeutet das Verhältnis<br />
der Produktionskosten<br />
von PV-Dachanlagen<br />
in Relation zum<br />
Strompreis für die Endverbraucher (inkl. Steuern)<br />
Problem: Eigenverbrauch reduziert Steueraufkommen
Definition: Was bedeutet “grid parity”?<br />
Freiflächen-Solarkraftwerke<br />
Grid parity bedeutet das Verhältnis<br />
der Produktionskosten<br />
von Freiflächen-Solarkraftwerken<br />
in Relation zu<br />
Neuinvestitionen in konventionelle Energieträger wie<br />
Gas- oder Kohlekraftwerke<br />
Vorteil: Sinkende Energiekosten für Industrie und Privathaushalte
Wettbewerbsfähigkeit von SKW<br />
BELECTRIC<br />
schon<br />
2014
Solarkraftwerke: Erzeugerpreis/kWh<br />
Kosten<br />
[ct/kWh]<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
2012<br />
Erstinvestition und<br />
Abschreibung der<br />
Infrastruktur<br />
12 ct/kWh<br />
Repowering<br />
6 ct/kWh<br />
Strompreisentwicklung Inflation 3%<br />
Strompreisentwicklung Inflation 1,5%<br />
Wettbewerbsfähigkeit<br />
O&M<br />
2022 2032 2042 2052 2062 2072<br />
Max. 2 ct/kWh<br />
Laufzeit<br />
[Jahre]
Photovoltaik 2.0: Zusammenfassung<br />
Mit dem jetzigen Stand der Technik sowohl in der Photovoltaik<br />
als auch in fossilen Kraftwerken sind wir in der Lage<br />
OHNE dem Umfang des geplanten Netzausbaus unsere<br />
Stromversorgung…<br />
Umweltfreundlicher<br />
Intelligenter<br />
Zuverlässiger<br />
Wirtschaftlicher<br />
zu gestalten.
BELECTRIC – The better electric.<br />
Headquarters Germany:<br />
BELECTRIC, Wadenbrunner Str. 10, 97509 Kolitzheim,<br />
Telefon: +49 9385 9804 – 0, Email: info@belectric.com
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