Vortrag Bernhard Beck

Innovationstag: Energiekompetenz Mainfranken 2012
Nutzung erneuerbarer Energien in der Praxis
BELECTRIC – The better electric.
Klimafreundlich • Innovativ • Zuverlässig

BELECTRIC: Kurze Vorstellung
Mehr als 544 Mio. Euro bilanzierte Gesamtleistung für 2011
Ca. 2.000 Mitarbeiter in 17 Ländern
Seit 2001 über 100 angemeldete Patente
Zur Zeit installieren wir mehr als 2 MWp pro Tag

Was bedeutet “Solarenergie”?
Photovoltaik-Module =
“Treibstoff für die Stromproduktion”
15-20% der Arbeitsplätze
Hautpsächlich Import, Massenprodukt
System-Technologie =
“Infrastruktur zur Stromproduktion”
80-85% der Arbeitsplätze
High-Tech Industrie am Standort DE

BELECTRIC: Unsere Geschäftsbereiche

PV 2.0: Regenerative Energiezukunft
Grundversorgung:
Einsatz von Solarkraftwerken und Windkraft-
anlagen als direkte Energiekonverter, ohne
Regulierbarkeit, dafür ohne “Treibstoffkosten”
Bedarfsgerechte Erzeugung:
Einsatz regulierbarer und Ressourcen-
verbrauchender Kraftwerke (Biogas, Erdgas,
Kohle & Wasserkraft)
Verwendung effizienter Speicherlösungen, wie
Pumpspeicherkraftwerke und elektrische
Speicher

PV 2.0: 100% netzintegriert
Das Energiesystem der Zukunft kombiniert die
verschiedenen Segmente in
EINEM SYSTEM
Steigerung der Netzqualität
(Abfangen von Spitzenlasten,
Stabilisierung der Netzspannung)
Sicherung vor regionalen Black-Outs
Stromerzeugung nach Bedarf
Speicherung
Erzeugung
Verbrauch
ABER: ENERGIE muss für den Verbraucher BEZAHLBAR bleiben

Photovoltaik 2.0:
Intelligente Stromerzeugung und
Versorgung durch Kombination

PV 1.0: Ein Blick in die Vergangenheit
Ältere Solarkraftwerke und auch PV-Dachanlagen haben mit
typischen Problemen zu kämpfen:
I. Hohe Investitionskosten durch individuelle aufwendige
Planung und nicht-standardisiertes Systemdesign
II. Verringerung der Netzqualität bei Einspeisung
Erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarkraft
III. Keine 100%ige Einspeisesicherheit, da Photovoltaik und
Wind nicht ständig verfügbar
IV. Hohe Energieerzeugungskosten im Vergleich zu anderen
Energiequellen: „Photovoltaikmodule sind teuer und
weisen geringe Wirkungsgrade auf“

Aussage I:
Hohe Investitionskosten durch
individuelle aufwendige Planung und nichtstandardisiertes
Systemdesign

Anforderung: Senkung Investitionskosten
Optimierung aller Prozesse, der Kraftwerktechnik
und des gesamten Systemdesigns
Vereinfachung Standardisierung Effizienzsteigerung
Steigerung des Energieertrags und bei gleichzeitiger
Verringerung der Anlagen- und Betriebskosten
Reduzierung der LCOE
2.5 MegaWattBlock

Der 2.5 MegaWattBlock®
Konsistente Kraftwerkseinheit – entwickelt für den Bau
von Solarkraftwerken in (bis zu) 2,5 MWp-Schritten
Standardisiertes System-Design
Intelligente und netzunterstützende Wechselrichtertechnologie
produziert den günstigsten Solarstrom

2.5 MegaWattBlock®: Skalierbarkeit
Beispiel eines Solarkraftwerks
aus mehreren Kraftwerksblöcken

Aussage II:
Verringerung der Netzqualität bei
Einspeisung Erneuerbarer Energien wie
Wind- und Solarkraft

Das Stromnetz: Erneuerbare Energien
Dezentrale Erneuerbare Energien speisen an unterschiedlichen
Netzpunkten ins Stromnetz ein, während ihre tatsächliche Leistung
durch die Verfügbarkeit von Sonne/Wind variieren kann.
Ergebnis: Schwankende Netzspannungen, die aber in einem
vorgeschriebenen Korridor gehalten werden müssen.
Großkraftwerk
E = Erneuerbare Energie
V = Verbraucher

Das Stromnetz: Extremszenarien
Spannungsüberschreitungen…
bei hoher EE Einspeisung und wenig Verbrauch
bei sehr hoher Verbraucherlast und wenig EE Einspeisung
Spannung bewegt sich außerhalb des Korridors
Großkraftwerk
110%
= 253V
100%
= 230V
90%
= 207V
Spannung
außerhalb
der
Richtlinien
Spannungskorridor
(entsprechend EN 50160 (UN ± 10%)

Lediglich ein Netzausbau bliebe als
Lösungsalternative
…, wenn da nicht die dezentrale Blindleistung wäre

Netzstabilisierung durch Blindleistung
Durch Phasenverschiebung von Strom und Spannung
(dezentrale Bereitstellung von Blindleistung) im Verteilnetz
lässt sich die Netzspannung an Netzpunkten erhöhen
und absenken.
Bereitstellung und Bezug von Blindleistung kann
Spannungsschwankungen im Netz ausgleichen.
Grundfunktion in allen konventionellen Großkraftwerken.

Blindleistungsregelung in EE-Einspeisern
Q,
P
100%
0
Schematische Darstellung
S = Scheinleistung
Q = Blindleistung
P = Wirkleistung
cos φ= 0,90
100%
Maximalwert der BL (Q) ist abhängig von der
Scheinleistung, also von der aktuell erzeugten Energie
Mögliche
Wirkleistung bei
Sonneneinstrahlung
Regelbare
Blindleistung
S

2.5 MegaWattBlock®: PCU
Die Power Conditioning Unit (PCU) enthält
Kraftwerkswechselrichter
Trafostation (mit 20 kV Einspeisung)
Steuereinheit
Dynamische Blindleistungsregelung
bei Tag und Nacht (24/7)

Q,
P
100%
Netzstabilisierung: PCU – Tag und Nacht
0
Schematische Darstellung
Aktiv regelbare
Blindleistung
Q kann unabhängig von S geregelt werden
Q + P jedoch

2.5 MegaWattBlock®: Netzintegration
Das regionale Stromnetz der Zukunft
1 Solarkraftwerk: 4 x 2.5 MegaWattBlock mit Power Conditioning Unit (PCU)
2 Power Plant Controller (PPC) und Netzanschluss
3 Transformatorstation
4 Netzleitung (Mittelspannungs- und Hochspannungsnetz)
5 Externer Spannungssensor
6 Privathaushalte
7 Konventionelles Großkraftwerk
8 Städtischer Bereich
9 Industriegebiet
1
2
3
5
4
6
7
8
9

Netzstabilisierung: Das Resultat
Vergleich der Netzspannungen beim Verbraucher im 0,4kV Netz
Spannung
[V]
Spannung
[V]
Netzspannung OHNE Blindleistungsregelung
Netzspannung MIT Blindleistungsregelung

Das Resultat: Vermeidung extremer Spannungsschwankungen
Aktive Blindleistungsregelung reguliert die
Netzspannung und gleicht
Phasenverschiebungen aus
110%
= 253V
100%
= 230V
90%
= 207V
Passive Blindleistungsregelung bei
Einspeisung reguliert die Netzspannung
Spannungskorridor (nach
EN 50160 (UN ± 10 %)

Das Resultat: Stabilisierte Netzspannung
Integrierte netzstabilisierende Freiflächen-Solarkraftwerke...
Arbeiten Tag und Nacht (auch wenn die Sonne nicht scheint)
Stabilisieren das Stromnetz hinsichtlich der Spannung
Sparen Netzausbaukosten ein und vermeiden
Landschaftsverbrauch durch Strommasten
Was bedeutet dies für die Produzenten Erneuerbarer Energien?
Solarkraftwerke mit
hohem Energieertrag…
…sollten – zu jeder Tageszeit –
ihre Leistung ins Netz einspeisen
Instabiles Netz
Hoher Energieverlust
Hoher Ertragsausfall
Stabilisiertes Netz
Volle Einspeisung
Volle Erträge

+
Aussage III:
Keine 100%ige Einspeisesicherheit,
da Photovoltaik und Wind nicht ständig
verfügbar

Wie schaut es bei der Windenergie aus?
Leistung
Windenergie ist zumeist Tag und Nacht verfügbar
Leistungsspitzen zur Mittagszeit werden jedoch durch eine
reine Windenergieversorgung ungenügend abgedeckt
Täglicher
Energiebedarf
Windenergie
Fossile Energien
6:00 12:00 18:00 24:00
Uhrzeit

Wie schaut der tägliche Bedarf aus?
Leistung
Solarkraftwerke produzieren in Übereinstimmung mit dem
Verbrauch
Regelbare Kraftwerke (Erdgas, Biogas, Kohle) füllen die
Bedarfslücken bei Tag und Nacht
Täglicher
Energiebedarf
Solarenergie
Windenergie
Fossile Energien
6:00 12:00 18:00 24:00
Uhrzeit

Solarkraftwerke mit Kurzzeitspeicher
Problem der Zukunft:
Die Diskrepanz zwischen Energieverbrauch und Energieerzeugung
wird in den nächsten Jahren weiter wachsen. Dies
reduziert die Stabilität und erhöht die Gefahr eines Black-Outs.
Solarkraftwerke als Lösung:
Energiespeicher werden in Solarkraftwerke integriert
um Angebot und Nachfrage in
Balance zu bringen.

Soll
Szenario I: Ausfall der PV-Leistung
Kleine, dezentrale Energiespeicher in den Solarkraftwerken
schalten bei Leistungseinbruch in Sekundenbruchteilen zu und
überbrücken die Anlaufzeit des Regelkraftwerks (am Beispiel
Gasturbine)
Leistung
Energiespeicher
Photovoltaik
Gasturbine
1 2 3 4
Zeit [h]

Szenario II: Hohe Verbraucherlast
Kurzfristig notwendige Spitzenlasten im Netz werden durch
Regelleistung zur Verfügung gestellt. Kleine Energiespeicher
sparen prognostizierte Anlaufphasen, so dass Regelleistung erst
bei tatsächlichen Bedarf zugeschaltet wird.
Leistung
Energiespeicher
Hohe Last durch
Energieverbraucher
Gasturbine
1 2 3 4
Zeit [h]

Szenario III: Regelleistung
Der Mangel an rotierender Masse, der durch das Abschalten
von großen Kraftwerken entsteht, schränkt die Stabilität des
bestehenden Netzes ein und erhöht die Gefahr eines Blackouts.
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Primärregelleistung (30s)
und der Sekundärregelleistung (5min) ist zu langsam im
Vergleich zur Volatilität der Verbraucher und EE-Einspeiser
Rotierende Masse
fällt weg!

Soll
Szenario III: Regelleistung
Kleine, dezentrale Energiespeichersysteme können innerhalb
von Sekundenbruchteilen das lokale Stromnetz für kurze
Zeiträume stabilisieren. In dieser Zeit kann Regelleistung
„hochgefahren“ werden.
Leistung
Kurzzeit-Überbrückung
durch Energiespeicher
Kurzfristige Leistungseinbrüche
im Stromnetz
Gasturbine
Zeit [h]

Aussage IV:
Hohe Energieerzeugungskosten im
Vergleich zu anderen Energiequellen

Definition: Was bedeutet “grid parity”?
Abhängig vom Photovoltaik-System:
Photovoltaik-Dachanlagen
Freiflächen-Solarkraftwerke

Definition: Was bedeutet “grid parity”?
Photovoltaik-Dachanlagen
Grid parity bedeutet das Verhältnis
der Produktionskosten
von PV-Dachanlagen
in Relation zum
Strompreis für die Endverbraucher (inkl. Steuern)
Problem: Eigenverbrauch reduziert Steueraufkommen

Definition: Was bedeutet “grid parity”?
Freiflächen-Solarkraftwerke
Grid parity bedeutet das Verhältnis
der Produktionskosten
von Freiflächen-Solarkraftwerken
in Relation zu
Neuinvestitionen in konventionelle Energieträger wie
Gas- oder Kohlekraftwerke
Vorteil: Sinkende Energiekosten für Industrie und Privathaushalte

Wettbewerbsfähigkeit von SKW
BELECTRIC
schon
2014

Solarkraftwerke: Erzeugerpreis/kWh
Kosten
[ct/kWh]
20
15
10
5
2012
Erstinvestition und
Abschreibung der
Infrastruktur
12 ct/kWh
Repowering
6 ct/kWh
Strompreisentwicklung Inflation 3%
Strompreisentwicklung Inflation 1,5%
Wettbewerbsfähigkeit
O&M
2022 2032 2042 2052 2062 2072
Max. 2 ct/kWh
Laufzeit
[Jahre]

Photovoltaik 2.0: Zusammenfassung
Mit dem jetzigen Stand der Technik sowohl in der Photovoltaik
als auch in fossilen Kraftwerken sind wir in der Lage
OHNE dem Umfang des geplanten Netzausbaus unsere
Stromversorgung…
Umweltfreundlicher
Intelligenter
Zuverlässiger
Wirtschaftlicher
zu gestalten.

BELECTRIC – The better electric.
Headquarters Germany:
BELECTRIC, Wadenbrunner Str. 10, 97509 Kolitzheim,
Telefon: +49 9385 9804 – 0, Email: info@belectric.com