Balanceren en mobiliteit in Duitsland

1. 01.11.2018
1
Balanceren en mobiliteit in Duitsland
Dr.-Ing. Elmar Brügging
Fachhochschule (FH)
Münster
Nieuwe Energiedag Oost-Nederland
Zwolle, 01.11.2018
2
Inhoud presentatie
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Quelle: Russell-Wells 2018
• Wat zijn geïntegreerde systemen?
• Geïntegreerde systemen in warmteproductie
• Geïntegreerde systemen in vervoer
• Onderzoek van de FH Münster

2. 01.11.2018
2
3
Inleiding
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
4
Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat);
Stand: Februar 2018
AnteilErneuerbarerEnergien
Anteil Erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch, am Endenergieverbrauch für Wärme und Kälte und am Endenergieverbrauch für Verkehr
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
→ Doel van regering: 65 % duurzame energie bij elektriciteit in 2030!
Inleiding
Ontwikkeling van duurzame energie in Duitsland

3. 01.11.2018
3
5
Geïntegreerde systemen („Sektorenkopplung“)
Van Groene stroom naar Energiewende: de reis van elektriciteitsmarkt naar energiemarkt
Quelle: Viessmann Group 2018
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
• Momenteel: een derde van de
elektriciteit in Duitsland is
duurzaam opgewekt
• In 2030: bijna twee derde
→ Het elektriciteitsnet moet
aangepast worden aan de
eigenschappen van
elektriciteitsproductie uit duurzame
bronnen
6
Inleiding
• Elektriciteitsopwekking uit duurzame bronnen (zoals windenergie en zonne-energie) is volatiel
oftewel fluctuerend
• Meer duurzame energie en tegelijkertijd afbouw van traditionele energiecentrales leidt tot bijzondere
uitdagingen voor het elektriciteitsnet:
– Toevallig optredende schommelingen bij de opwekking van groene stroom moeten
uitgebalanceerd worden
– Bottle-necks bij de opwekking (periodes dat er niet voldoende wind én niet voldoende zon is)
moeten overbrugd worden
• Er zijn technologiën nodig, die kunnen bijdragen aan een stabiel elektriciteitsnet bij kortdurende
schommelingen en bij langdurige onbalans
→ oplossingsrichting: Geïntegreerde systemen („Sektorenkopplung“)
Problemen bij de verdere ontwikkeling van duurzame energie
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018

4. 01.11.2018
4
7
Inleiding
• Duurzame energiebronnen produceren tegenwoordig soms meer elektriciteit dan het net op kan nemen
• Bij overschotten in het elektriciteitsnet zijn verschillende handelingsperspectieven:
Duurzame energiebron afkoppelen → groene stroom wordt niet geproduceerd → energie is ‚weg‘
Opslag van elektriciteit (b.v. accu‘s) → indien nodig: de elektriciteit vanuit de opslag weer in het net
invoeden
Elektriciteit benutten voor de productie van warmte of voor de productie van een andere energiedrager
→ geïntegreerde systemen
Elektriciteitsoverschotten benutten
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
8
Inleiding
Energieopslag en geïntegreerde systemen
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
batterij
PEM-elektrolyse
Power-to-Gas
Power-to-Power
biogene methanisatie
Afname
Invoeding
Aardgasnet
Elektriciteitsnet
Power-to-Mobility
Verstromen
H2
H2
CH4
CH4
Warmtepomp
Power-to-Heat
Elektriciteitsoverschot
uit duurzame bronnen

5. 01.11.2018
5
9
Geïntegreerde
systemen in
warmteproductie
(Power-to-Heat)
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
10
Geïntegreerde systemen in warmteproductie
Warmte in de elektriciteitsmarkt
Voorbeelden jaarlijkse duurlastkromme
Quelle: Viessmann Group 2018
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Toepassingsgerelateerde duurlastkromme –
fluctuaties van warmtegebruikers
→ Concepten moeten toepassingsgericht
ontwikkeld worden

6. 01.11.2018
6
11
Geïntegreerde systemen in warmteproductie
Uitdaging bij de berekening van de capaciteit van energie opwekking
Vermenigvuldigen van thermisch vermogen (kWth) met uren
Energievraag door het jaar heen Duurlastkromme (JDL)
Quelle: Viessmann Group 2018
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Aan de hand van de
duurlastkromme (JDL) kan
de benodigde capaciteit van
een verwarmingsinstallatie
berekend worden
12
Geïntegreerde systemen in warmteproductie
• De combinatie van meerdere technieken
zorgt voor een bedrijfszekere
warmtevoorziening
• Om piekbelastingen op te vangen
kunnen warmtepompen, houtkachels of
aardgasketels ingezet worden.
Combinatie van verschillende technologiën voor een stabiele
warmtevoorziening
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Quelle: http://blog.energiecontracting.de

7. 01.11.2018
7
13
Geïntegreerde
systemen in
vervoer /verkeer
(Power-to-Mobility)
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
14
Geïntegreerde systemen in vervoer
Geïntegreerde systemen in het vervoer kunnen momenteel (met de huidige stand van de techniek) op
basis van twee verschillende technologiën toegepast worden:
• Elektrisch met accu‘s → Power-to-(Power-to-)Mobility
– Voordeel: hoge werkingsgraad; elektrische auto‘s kunnen via de laadstations zowel tekorten als
overschotten op het net compenseren („positive und negative Regelenergie“)
– Nadeel: in vergelijking met de huidige brandstoffen en met waterstof een beperkte aktieradius
• met een duurzame energiedrager (b.v. waterstof) → Power-to-(Gas-to-)Mobility
– Voordeel: (naar keuze) grote tanks mogelijk → grote aktieradius, hoog laadvermogen
– Nadeel: kleinere werkingsgraad dan elektrische voertuigen; geen buffering voor het
elektriciteitsnet
Benutting van groene stroom in voertuigen
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018

8. 01.11.2018
8
15
Geïntegreerde systemen in vervoer
Quelle: Toyota 2018
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Brandstof van de toekomst
16
Quelle: Toyota 2018
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Geïntegreerde systemen in vervoer
Waterstof –infrastructuur als onderdeel van geïntegreerde systemen

9. 01.11.2018
9
17
Onderzoek aan de
FH Münster
(Project: EnerPrax)
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
18
Onderzoeksproject „EnerPrax“ van de FH Münster
Duurzame energie in het Bioenergiepark Saerbeck
Luftbild des Bioenergieparks in Saerbeck Quelle: FH Münster
GFT-vergister
EGST
1 MWel
Mestvergister
Envitec Biogas
1 MWel
Zonnepanelen
0,24 MWPiek
Zonnepanelen
5,74 MWPiek
7 Windturbines
à 3 MW
Andere
zonnepaneleninstallaties in
de gemeente: 11,5 MWpiek
Totaal: 21 MW
Totaal: 17,5 MWTotaal: 2 MW
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018

10. 01.11.2018
10
19
Installaties in het EnerPrax-Project
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
Onderzoeksproject „EnerPrax“ van de FH Münster
Elektrolyse - apparaat
om waterstof te
produceren:
Pel = 7 kW
H2-Productie: 1 Nm³/h
Opslagduur > 8 h
Redox-Flow-batterij:
Pel = 15 kW
Wel = 120 kWh
Opslagduur ≤ 8 h
20
Onderzoeksproject „EnerPrax“ van de FH Münster
• Vereffening van tijdelijke discrepantie tussen vraag en aanbod van elektriciteit door gebruik van
geïntegreerde opslagtechnieken
• Integrale benutting van energiebronnen door geïntegreerde systemen
• Testen van opslagtechnieken ‚in real life‘ en vergelijking met modelberekeningen
• Stabiele stroomverzorging in een pilotgebied in de gemeente
• Kennisdelen met andere regio‘s met een vergelijkbaar aandeel duurzame energie
Doel van het project
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018

11. 01.11.2018
11
21
Onderzoeksproject „EnerPrax“ van de FH Münster
Dagbelasting zonder inzet van stroomopslag
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
Opwekkingengebruikvanelektriciteit[kW]
Tijdstip
Strommangel Stromüberschuss Bedarf entspricht Erzeugung
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018
22
Onderzoeksproject „EnerPrax“ van de FH Münster
Dagbelasting met inzet van stroomopslag
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
0:00
3:00
6:00
9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
Opwekkingengebruikvanelektriciteit[kW]
Tijdstip
Strommangel Stromüberschuss Bedarf entspricht Erzeugung
Dr.-Ing. Elmar Brügging, FH Münster Nieuwe Energiedag Oost-Nederland, Zwolle 01.11.2018

12. 01.11.2018
12
Dr.-Ing. Elmar Brügging
Stegerwaldstraße 39
D-48565 Steinfurt
Phone +49 2551 9-62420
Fax +49 2551 9-62717
bruegging@fh-muenster.de
www.fh-muenster.de/egu