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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
Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 2
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
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UCTE – Elektrizitätserzeugung heute (1979 – 1999: Verdopplung in 20 Jahren: 3,5 %/a)
nuklear
therm. fossil
mit CENTREL
Quelle: UCTE
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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
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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
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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
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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“
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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
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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
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Roadmap towards renewable Energy Systems(Ideal Scenario)
Demand
Regenerative potential
time
Energy
fossil provision for energy crisis
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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
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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 %
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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
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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
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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
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Efficiency in TransmissionMastbilder im Vergleich
3 x 220 kV (1955) = 1 x 380 kV (2010)
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Vergleich 380-kV- und 750-kV-Leitungen
Sth = 9.200 MVA Sth = 6.000 MVA
30 m 45 m
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1.000 kV A.C. line (Japan)
480 mm2 low-noise conductor
Dämpfung für KármánscheWirbelstrasse
Sth = 14.000 MVA
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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
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3. Renewable Energy and Grid Integration
• Zentrale regenerative Energiequellen– Windenergie– Großwasserkraft
• Dezentrale regenerative Energiequellen– Solarenergie (Photovoltaik und Solarthermie)– Kleinwasserkraft– Geothermie– Bioenergie
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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
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EU 2030: Onshore 300 GW, Offshore Wind 100 GW ?
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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
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Entwicklung der Welt-PhotovoltaikQuelle: IEA; BMVIT: Technologie-Roadmap für Österreich
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Erzeugungskosten im Vergleich
0
20
40
60
80
100
120
GasCCGT
new coal nuclear windonshore
windoffshore
€/M
Wh max
min
Quelle: EWEA
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Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 27Source: NREL/USA
USA:
Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 28Barton, AEP
Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Brauner 29
Zukunft der voll regenerativen Energieversorgung
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ADRES
AutonomeDezentraleRegenerativeEnergieSysteme
Die1000 W-Gesellschaft
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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
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Jahresdauerlinien der autonomen DGLoad
Duration 8760 h
Demand
Decentralized Generation
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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)
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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
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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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