Unser heutiges Energieversorgungssystem basiert auf wenigen, zentral organisierten Großkraftwerken, die den Hauptteil der gesamten Stromerzeugung Deutschlands übernehmen. Zukünftigen Herausforderungen ist dieses Versorgungssystem nicht mehr gewachsen. Um die Vision einer auf 100 % erneuerbaren Energie basierenden Energieversorgung in Deutschland realisieren zu können, ist daher ein Umbau der Versorgungsstruktur der Bundesrepublik Deutschland zwingend erforderlich. Vor diesem Hintergrund haben sich mit dem zentral und dem dezentral orientierten Ansatz, zwei voneinander zu unterscheidende Lösungsansätze für das Energieversorgungssystem der Zukunft herauskristallisiert.
In dieser Arbeit wird ein dezentraler Ansatz auf der Idee von sich selbst mit Elektroenergie versorgenden Micro Grids für das Energieversorgungssystem der Zukunft entwickelt. Dabei wird zusätzlich untersucht ob der Ansatz mit autarken Versorgungszellen auf der Basis von 100 % erneuerbaren Energien in Deutschland umsetzbar ist. Es wird gezeigt, dass der dezentrale Ansatz auf der Basis von Micro Grids eine mögliche Lösungsalternative für das zukünftige Energieversorgungssystem darstellt. Für eine autarke Versorgung auf der Basis von erneuerbaren Energien fehlen bislang jedoch adäquate Speichermöglichkeiten. Mit der Entwicklung dieses micro-grid-basierten Ansatzes wird ein erster Schritt auf dem Weg zum Aufbau des zukünftigen Energieversorgungssystems der Bundesrepublik Deutschland beschritten. Bis zu seiner Umsetzung bedarf es jedoch weiterer Forschungs- und Entwicklungsarbeit.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1. Problemstellung und Zielsetzung
- 1.2. Aufbau der Arbeit
- 2. Rahmenbedingungen für die Entwicklung
- 2.1. Diskussion von Lösungsansätzen
- 2.2. Herausforderungen des aktuellen Energieversorgungsnetzes
- 2.2.1. Spannungsebenen des deutschen Stromversorgungsnetzes
- 2.2.2. Regelzonen des deutschen Übertragungsnetzes
- 2.2.3. Verlauf der Tagesbelastung
- 2.3. Problematik der Systemdienstleistungen
- 2.3.1. Übersicht und Problemstellung
- 2.3.2. Frequenzhaltung
- 2.3.3. Spannungshaltung
- 2.3.4. Versorgungswiederaufbau
- 2.3.5. Betriebsführung
- 2.4. Begriffsverständnis und Definitionen
- 2.4.1. Erneuerbare und dezentrale Energie
- 2.4.2. Smart Grid
- 2.4.3. Micro Grid
- 2.4.4. Virtuelles Kraftwerk
- 2.4.5. Regelenergie oder Reserveleistung
- 3. Entwicklung eines dezentralen Lösungsansatzes
- 3.1. Ziel des dezentralen Energieversorgungssystems
- 3.2. Energiemix der Zukunft auf Basis 100% erneuerbarer Energien
- 3.2.1. Potenzial der Energieerzeugung
- 3.2.2. Energiebedarf
- 3.2.2.1. Verbraucherstruktur
- 3.2.2.2. Zusammensetzung der Energieerzeugung
- 3.3. Ebenen des zukünftigen Versorgungssystems
- 3.4. Aufbau der dezentralen Versorgungszellen
- 3.4.1. Territoriale Größe der Zellen
- 3.4.2. Erzeugerstruktur
- 3.4.3. Zusammenfassung
- 3.5. Energieausgleich im Smart Grid über benachbarte Micro-Grid-Zellen
- 3.6. Anforderungen für den Aufbau des Steuerungssystems
- 4. Untersuchung der Last- und Einspeisesituation im Micro Grid
- 4.1. Analyse der Lastsituation
- 4.1.1. Lastenstruktur
- 4.1.1.1. Vorüberlegungen zur Struktur
- 4.1.1.2. Private Haushalte
- 4.1.1.3. Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD)
- 4.1.1.4. Industrie
- 4.1.1.5. Verkehr
- 4.1.1.6. Zusammenfassung
- 4.1.2. Lastprofil
- 4.1.3. Anforderungen an das Steuerungssystem aus Verbrauchersicht
- 4.2. Analyse der Einspeisesituation
- 4.2.1. Einspeisestruktur
- 4.2.1.1. Vorüberlegungen zur Struktur
- 4.2.1.2. Nicht-steuerbare erneuerbare Energien
- 4.2.1.3. Steuerbare erneuerbare Energien
- 4.2.1.4. Zusammenfassung
- 4.2.2. Einspeiseprofil
- 4.2.3. Anforderungen an das Steuerungssystem aus Erzeugungssicht
- 4.3. Vergleich von Last- und Einspeiseprofil
- 5. Konzeptionierung und Modellierung des Steuerungsprozesses
- 5.1. Identifizierung des Steuerungspotenzials
- 5.2. Aufbau des Steuerungskonzeptes
- 5.3. Steuerungsmöglichkeiten im Micro Grid
- 5.3.1. Steuerung durch Verbrauchsanpassung
- 5.3.2. Steuerung durch regelbare Erzeugung
- 5.3.3. Steuerung durch Energiespeicherung
- 5.3.4. Steuerung mithilfe des Netzverbundes
- 5.4. Entwicklung des Steuerungsprozesses für das Micro Grid
- 5.4.1. Organisationsstruktur
- 5.4.2. Funktionsdarstellung
- 5.4.3. Datendarstellung
- 5.4.4. Prozessmodellierung
- 6. Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines micro-grid-basierten Ansatzes für das Smart Grid der Zukunft. Der Fokus liegt dabei auf der Integration erneuerbarer Energien, der Steigerung der Energieeffizienz und der Verbesserung der Netzstabilität.
- Dezentrale Energieversorgung
- Smart Grid Technologien
- Integration erneuerbarer Energien
- Steuerung und Optimierung von Micro Grids
- Last- und Einspeisemanagement
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel der Arbeit führt in die Problemstellung ein und beschreibt die Zielsetzung der Arbeit. Kapitel 2 beleuchtet die Rahmenbedingungen für die Entwicklung eines micro-grid-basierten Ansatzes. Es werden die Herausforderungen des aktuellen Energieversorgungsnetzes, die Problematik der Systemdienstleistungen sowie wichtige Begriffsdefinitionen erläutert. In Kapitel 3 wird der dezentrale Lösungsansatz für das Smart Grid der Zukunft vorgestellt, der auf der Nutzung erneuerbarer Energien und der Bildung von Micro Grids basiert. Kapitel 4 untersucht die Last- und Einspeisesituation im Micro Grid, während Kapitel 5 sich mit der Konzeptionierung und Modellierung des Steuerungsprozesses für das Micro Grid beschäftigt.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit den Themen Smart Grid, Micro Grid, dezentrale Energieversorgung, erneuerbare Energien, Lastmanagement, Einspeisemanagement, Steuerungssysteme, Netzstabilität und Energieeffizienz.
- Arbeit zitieren
- Jens Kitzmann (Autor:in), 2011, Entwicklung eines micro-grid-basierten Ansatzes für das Smart Grid der Zukunft, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/191341
