Technisch-wirtschaftliche Optionen zur Lastflexibilisierung durch intelligente elektrische Wärmespeicher

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  • Der parteiübergreifende Beschluss zum Ausstieg aus der Kernenergie wird das Energieversorgungssystem künftig vor große Herausforderungen stellen. Die Integration erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen, insbesondere der Photovoltaik- und Windkraftanlagen rufen durch die starke Abhängigkeit von der aktuellen Wettersituation ein stark volatiles Einspeiseverhalten hervor. Dieses führt zusehends zu zunehmenden Anstrengungen in der Sicherstellung des Leistungsgleichgewichts zum Erhalt der Systemstabilität. Wie die Analyse im Rahmen dieser Arbeit zeigt, bietet das Lastmanagement innerhalb des Sektors des privaten Wohnens, der einen Anteil von 25 % am Gesamtstrombedarf in Deutschland aufweist, einDer parteiübergreifende Beschluss zum Ausstieg aus der Kernenergie wird das Energieversorgungssystem künftig vor große Herausforderungen stellen. Die Integration erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen, insbesondere der Photovoltaik- und Windkraftanlagen rufen durch die starke Abhängigkeit von der aktuellen Wettersituation ein stark volatiles Einspeiseverhalten hervor. Dieses führt zusehends zu zunehmenden Anstrengungen in der Sicherstellung des Leistungsgleichgewichts zum Erhalt der Systemstabilität. Wie die Analyse im Rahmen dieser Arbeit zeigt, bietet das Lastmanagement innerhalb des Sektors des privaten Wohnens, der einen Anteil von 25 % am Gesamtstrombedarf in Deutschland aufweist, ein großes Potential. Detailliertere Betrachtungen der elektrischen Verbraucher führen zu dem Schluss, dass sich insbesondere Geräte eignen, die eine Möglichkeit der zeitlichen Entkoppelung zwischen der Funktionserfüllung bzw. der Zustandserhaltung und der Nutzerinteraktion aufweisen Die in dieser Arbeit ermittelten Vermögen unterschiedlicher elektrischer Geräte im Bereich des privaten Wohnens zeigen, dass vor allem elektrische Wärmespeicher, mit deren Technik noch jede 25. Wohnung in Deutschland beheizt wird, eine erschließbare Schaltleistung in Höhe von 17,6 GW und eine theoretische Speicherkapazität von 140 GWh aufweisen. Basierend auf dieser Erkenntnis wurde ein IuK-Konzept als Nachrüstlosung entwickelt, das eine Abkehr der bisherigen parallelen Massenansteuerung der Geräte zulässt und einen unidirektionalen Informationsfluss erlaubt. Dadurch wird das Energieversorgungsunternehmen befähigt eine Leistungsskalierung der Verbraucher vorzunehmen und somit elektrische Überschüsse ideal zu verwerten. Die praktische Umsetzung und funktionale Erprobung dieses Ansatzes zeigt, dass der Energieversorger dadurch imstande ist, aktuell verfügbare Speicherkapazitäten und Schaltleistungen der elektrischen Wärmespeicher abzurufen und entsprechend in Echtzeit auf die aktuelle Netzlast zu reagieren. Diese Entwicklung stellt einen weiteren konsequenten Schritt auf dem Weg hin zu einer dezentralen, auf regenerativen Energieträgern basierenden Stromerzeugung dar. Dadurch wird eine Möglichkeit skizziert, wie unter Einbeziehung von Endkunden eine anteilige Aktivierung des vorhandenen latenten Speicherpotentials erzielt werden kann.show moreshow less

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Metadaten
Author:Johannes Bürner
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-113502
DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-220-8
ISBN:978-3-96147-220-8
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (327)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Jörg Franke, Jürgen Karl
Advisor:Jörg Franke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2019
Embargo Date:2019/07/31
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2019/05/06
Release Date:2019/08/01
Tag:Demand Side Management
SWD-Keyword:Wärmespeicher; Energiewende
Pagenumber:xiv, 233 Seiten
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-219-2
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International