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Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 1

Erzeugungsstrukturen und Netze der Zukunft

Günther Brauner

WORLD ENERGY DIALOGUEKraftwerke und Netze der Zukunft

The Future of Power Plants and Grids22 - 23 April 2008, Hannover


Herausforderungen der Energieversorgung• Bedarfsminderung und Effizienzsteigerung• Emissionsminderung• Ausbau der regenerativer Energiequellen• zentral versus dezentrale Technologien

• Restrukturierung der Übertragungsnetze und der Erzeugung– Sicherheit der Energieversorgung– Ausbau der Windenergie– Integration der dezentralen Systeme– Klimawandel und Katastrophensicherheit


UCTE – Elektrizitätserzeugung heute (1979 – 1999: Verdopplung in 20 Jahren: 3,5 %/a)

nuklear

therm. fossil

mit CENTREL

Quelle: UCTE


Primärenergie: Reichweite der fossilen Vorräte 2050

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

1.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.00

020

.000

Dauerleistung in Watt/Mensch

foss

ile R

eich

wei

te in

Jah

ren

2005: 6 Mrd. Menschen2050: 10 Mrd. Menschen

ATUSDE


Reichweite der fossilen Vorräte 2050Energiebedarf pro Person und Jahr in Dauerleistungen

30 a50 a10.000 W. (US)(88.000 kWh/a)

55 a90 a5.500 Watt (DE)(48.000 kWh/a)

75 a125 a4.000 Watt (AT)(35.000 kWh/a)

300 a500 a1.000 Watt(8.760 kWh/a)

Welt-Bevölkerung

10 Mrd.

Welt-Bevölkerung

6 Mrd.

Welt-Dauerleistungs-Gesellschaften


Vorteile der 1000-W-Gesellschaft

Löst mehrere Probleme gleichzeitig

• Ressourcen und fossile Reichweiten

• Emissionen und Klimawandel

• Beschaffung und gerechte Verteilung

Regenerative Energien müssen fossile Energie ersetzen um Lebensstandard und Industriestandort zu erhalten

Zukunft: 1000 W fossil und 3000 W regenerativ


Point of no return to renewable energy: caused by unlimited demand

Ecological Incentives

Renewable Potential

„point of no return“

fossil

Time

renewable

DemandEnergy

Point of perception of a „problem“


Realität: Die Elektrizitätserzeugung in Österreich wird fossil !

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

elek

trisc

he E

nerg

ie in

GW

h/a

biogenWindthermischhydraulisch


Energy Vision: Point of return to renewable by Efficiency and Energy Saving

Ecological incentives

Renewable potential

„point of no return“

fossil

time

renewable

DemandEnergy

„point of return“

Efficiency incentives

REN-mobility


Roadmap towards renewable Energy Systems(Ideal Scenario)

Demand

Regenerative potential

time

Energy

fossil provision for energy crisis


EU Package on Climate Change 2008(Proposal SEC(2008) 85/3, 23.1. 2008)

RES: Renewable Energy Sources, GHG: Green House Gases

-30%-20%-10%

0%10%20%30%40%50%60%

SE FI AT

GB NL F

DE IT CZ

PL

EU -

Ziel

e bi

s 20

20

RESGHG


Erzeugungsanteile und Auswirkungen von Effizienzsteigerungen um 30 %

Erzeugungsanteile

0%

20%

40%

60%

80%

100%

AT CH IT DE

nuklear

therm. konv.

sonst REN

Speicher

Laufwasser

AT: voll regenerativ DE: gleiches CO2

REN 68 % 53 % 19 % 12 %


Strategies of the Future

1. End-use efficiency (-30 % until 2030)

2. efficiency in Transmission and Generation

3. Renewables grid integration

4. Decentralized energy systems

5. Renewable mobility


2. Efficiency in Transmission and Generation

OÖ/LinzWien/NÖ/B

StmkK

S

SpeicherkraftwerkeLaufkraftwerketherm. Kraftwerke mit BallungsraumWindparks

V/T

3.900/5850 MW2100/3150 MW

1700/2550 MW

630/945 MW

850/1270 MW

1750/2600 MW

Spitzenlast 2003/2030 in MW

Spitzenlast 2003: 10.910 MW; 2030: 16.130 MW

Donau

Enns

Drau

Salzach

Mur


Tendenzen bei den Pumpspeichern:Vom Jahresspeicher zum Wochenspeicher

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600 700

Pump-Leistung in MW

Volu

men

-Ein

satz

stun

den Kaprun OS 112 MW

Limberg II 480 MW

Kaprun OS +

Limberg II

592 MW


Efficiency in TransmissionMastbilder im Vergleich

3 x 220 kV (1955) = 1 x 380 kV (2010)


Vergleich 380-kV- und 750-kV-Leitungen

Sth = 9.200 MVA Sth = 6.000 MVA

30 m 45 m


1.000 kV A.C. line (Japan)

480 mm2 low-noise conductor

Dämpfung für KármánscheWirbelstrasse

Sth = 14.000 MVA


High Voltage A.C. versus D.C.for large Distances (natural Power)

(China goes to 800 kV D.C.)

90 m110 m240 mTrassenbreite

123Anzahl Leitungen

6.000 MW3.400 MW2.300 MVAPnat A.C. PD.C.

+ 800 kV+ 500 kV D.C.750 kV A.C.

Quelle: ABB

90 m


3. Renewable Energy and Grid Integration

• Zentrale regenerative Energiequellen– Windenergie– Großwasserkraft

• Dezentrale regenerative Energiequellen– Solarenergie (Photovoltaik und Solarthermie)– Kleinwasserkraft– Geothermie– Bioenergie


Jahres-Volllaststunden in AT(Quelle: e-control 2007)

Jahreseinsatz

4.137

2.222

900

1.952

5.000

1.731

3.632

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

Bio Geot. PV Wind Laufw Speicher th. KW

Volll

asts

tund

en


EU 2030: Onshore 300 GW, Offshore Wind 100 GW ?


Welt-Windinstallation [WWEA]

020.00040.00060.00080.000

100.000120.000140.000160.000180.000

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Wor

ld W

ind

Pow

er in

MW


Entwicklung der Welt-PhotovoltaikQuelle: IEA; BMVIT: Technologie-Roadmap für Österreich


Erzeugungskosten im Vergleich

0

20

40

60

80

100

120

GasCCGT

new coal nuclear windonshore

windoffshore

€/M

Wh max

min

Quelle: EWEA

Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 27Source: NREL/USA

USA:

Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 28Barton, AEP


Zukunft der voll regenerativen Energieversorgung


ADRES

AutonomeDezentraleRegenerativeEnergieSysteme

Die1000 W-Gesellschaft


Struktur der Autonomen DG

~ ~ ~Wind

Bio- M.T.Stirling

SmallHydro

Photo-Voltaic

Fuel-Cell

DC

AC

DCACAC

AC

AC AC

~

ACAC

ACAC

~

ACAC

ACAC

ACAC

ACDC

ACAC ACAC

ACAC

Utility Grid

Load Motor BatterySuper Cap. Flywheel

Autonomous Micro-Grid


Jahresdauerlinien der autonomen DGLoad

Duration 8760 h

Demand

Decentralized Generation


Zentrale versus dezentrale Energieversorgung

Dezentral: • Ziel: Endnutzung der erneuerbaren Energie ohne

Transportnetz (erfordert Energie- und Leistungsautonomie)

Realität:• Backup-Versorgung zum Ausgleich von

Erzeugungsdefiziten erforderlich• Überregionaler Erzeugungsausgleich sinnvoll• Zentrale und dezentrale Speicherung sinnvoll

(Pumpspeicher, Elektrobatterien in der Mobilität)


Erzeugungsstrukturen und Netze der Zukunft

• Erzeugung: Polygeneration aus allen Energieträgern

• Übertragung: weiterhin zentrale Systeme erforderlich

• Dezentrale Systemen mindern den Aufwand und den Umwelteinfluss der zentralen Technologien

• Dezentrale und zentrale Energiesysteme müssen zukünftig zu einem energie- und umwelteffizienten Gesamtsystem zusammengeführt werden


Danke für Ihre Aufmerksamkeit !

Univ.-Prof. Dr. Günther BraunerTechnische Universität Wien,

Inst. für Elektrische Anlagen und EnergiewirtschaftGusshausstrasse 25/373, A-1040 Wien

[email protected].: (01)58801 373-0Fax: (01)58801 373-99

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