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Über dieses Buch

Mit den Methoden zur Modellierung, Planung und Implementierung elektrischer Energiespeichersysteme führt dieses Lehrbuch in ein zunehmend wichtiges Thema ein. Aufgrund der höheren Volatilität und zunehmenden Stromgestehung aus erneuerbarer Energie ist Energiespeicherung notwendig, um weiterhin eine sichere Versorgung zu gewährleisten.

Einen technisch zuverlässigen und marktorientierten Speichereinsatz erfordert Entwicklung und Erprobung von verschiedenen Methoden der Planung und Betrieb von Energiespeichersystemen und deren Anpassung auf ihren Anwendungsfall, also Integration mit Energieerzeugung, Last oder Verteil. Bzw. Übertragungsnetz. Diese möglichen Ansätze, deren Anforderungen und Potenziale werden im diesen Buch beschrieben und mittels praktischen Beispielen diskutiert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Zukünftige Energiesysteme

Zusammenfassung
Der Energieverbrauch steigt weltweit kontinuierlich an. Die Tatsache, dass die Gefahren des Klimawandels für die Erde längst erkannt sind, bedeutet, dass der Anteil erneuerbarer Energiequellen (EE) am Energiemix vieler Länder zunimmt. Erneuerbare Energien substituieren inzwischen technisch und wirtschaftlich erfolgreich fossile Energiequellen. Dadurch, dass die Energie der Zukunft in einer Umwandlungskette im Wesentlichen über Elektrizität erzeugt wird, kommt den elektrischen Energienetzen eine neue Rolle zu. Smart Grids, die elektrischen Netze der Zukunft, müssen flexibel sein, aber gleichzeitig eine zuverlässige und sichere Energiequelle bleiben. Viele dieser Herausforderungen werden in diesem Kapitel ausführlich diskutiert und die Flexibilitätsoptionen für das Smart Grid vorgestellt.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

2. Systeme zur Speicherung elektrischer Energie

Zusammenfassung
Die Speicherung elektrischer Energie war von Anfang an ein Teil des Energiesystems. Das erste elektrische Stadtlicht wurde mit Strom aus einem Gleichstromgenerator in Kombination mit Batteriespeicherung versorgt. Seit vielen Jahren in Vergessenheit geraten, erleben elektrische Energiespeichersysteme, insbesondere Batteriespeichersysteme, seit Ende des 20. Jahrhunderts eine Renaissance. Mit Pilotprojekten wurden viele neue Anwendungsfelder erschlossen und neue Technologien, wie z. B. Lithium-Ionen-Batterien, erfolgreich weiterentwickelt. Im Zusammenhang mit der Entwicklung des Smart Grid im 21. Jahrhundert stellen sich auch den Speichersystemen neue Aufgaben, die in diesem Kapitel diskutiert werden. Um Speicheranwendungen zu fördern, wird in diesem Kapitel auch ein generisches Modell für Energiespeichersysteme (EES) vorgestellt und diskutiert. Dieses deckt sowohl Aspekte der einzelnen Anlagen als auch der komplexen Netzplanung ab. Durch mehrere Beispiele werden in diesem Kapitel die Vorteile des Modells veranschaulicht. Von einfachen technischen Aufgaben bis hin zur wirtschaftlichen Optimierung und zu multikriteriellen Betrachtungen können die Anwendungen von EES mit dem Modell analysiert werden.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

3. Internationale Entwicklungstrends in der Energiewirtschaft

Zusammenfassung
Die allgemeine Zusammensetzung der Primärenergieträger hat sich in den letzten 30 Jahren verändert, jedoch dominieren die fossilen Energieträger auch weiterhin mit einem Anteil von etwa 80 %. Mehrere internationale Studien haben die Entwicklungspfade der Energieproduktionssysteme in verschiedenen Ländern untersucht und prognostiziert. Die CIGRE hat unter anderem die Arbeitsgruppe C6.15 eingesetzt, die sich mit der Speicherung elektrischer Energie befasst und von den Autoren dieses Buches geleitet wurde. Die Ergebnisse dieser Studie, aktualisiert mit den neuesten Daten, werden in diesem Kapitel vorgestellt. Dabei wird vermehrt auf die Systematik der Studie eingegangen und die für 2011 prognostizierten Entwicklungen mit dem bestehenden, aktuellen Stand verglichen. Es zeigt sich, dass die erwarteten Anteile der erneuerbaren Energieproduktion in einigen Ländern, z. B. in China, die Prognosen übertroffen haben. Was die Anwendung der EES anbelangt, so hinken die meisten Länder jedoch hinter der prognostizierten installierten Kapazität hinterher.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

4. Bedarf für Energiespeicherung. Praktische Beispiele

Zusammenfassung
Zusätzlich zu den allgemeinen Anwendungsbeispielen für Speicher aus Kap. 2 werden in diesem Kapitel Beispiele aus der internationalen Praxis diskutiert. Sie werden aus den in Kap. 3 erwähnten Untersuchungen der CIGRE-Arbeitsgruppe C6.15 abgeleitet. Basierend auf der im Rahmen dieser Gruppe durchgeführten Abschätzung des weltweiten Bedarfs an elektrischen Energiespeichersystemen wurden diese Ergebnisse für verschiedene Szenarien ebenfalls in diesem Kapitel vorgestellt. Die Bedarfszahlen haben theoretischen Charakter, geben aber einen Überblick über die Notwendigkeit des Einsatzes von Energiespeichern, auch in einem zu 100 % erneuerbaren System, das einerseits nachhaltig sein, aber auch die notwendige Versorgungssicherheit bieten muss. In der Praxis wird die Smart-Grid-Flexibilität nicht nur durch EES, sondern auch durch andere Maßnahmen erreicht, was die in diesem Kapitel dargestellten Bedarfszahlen relativiert.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

5. Speichertechnologien und -systeme

Zusammenfassung
Das Spektrum der Speicheranwendungen ist sehr breit gefächert. Es hängt von der Platzierung der EES im Smart Grid (z. B. Übertragung oder Verteilung) oder den Aufgaben, die sie erfüllen müssen (z. B. Stromqualität oder Spitzenlastreduktion), ab. Für jede dieser Anwendungen eignen sich unterschiedliche Speichertechnologien. Diese werden in diesem Kapitel vorgestellt und, basierend auf zahlreichen Schemata, deren Funktionsweise erläutert. Darüber hinaus werden diese EES auch durch die wichtigsten technischen und wirtschaftlichen Parameter charakterisiert.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

6. Mobile Energiespeichersysteme. Elektromobilität und elektrisches Netz

Zusammenfassung
Elektrofahrzeuge, d. h. per Definition Fahrzeuge, die von einem Elektromotor angetrieben werden und ihre Energie aus einer wiederaufladbaren Traktionsbatterie oder einem anderen tragbaren Energiespeichersystem beziehen und durch ein externes Gerät aufgeladen werden, sind nichts Neues. Werner von Siemens entwickelte und baute 1882 sein Fahrzeug „Elektromote“ und Ferdinand Porsche entwickelte und baute 1900 den „Lohner-Porsche“. Heute erleben Elektrofahrzeuge ein Wieder aufleben. Dies ist eine logische Folge der Umstellung der Energiesysteme, die als Antwort auf den Klimawandel gesehen wird. In diesem Kapitel werden die Grundlagen dieser Technologie verdeutlicht. Sie ist jedoch im Zusammenhang mit dem Smart-Grid-Konzept zu sehen und wird deshalb hier auch in ihrer Komplexität dargestellt. Einige Beispiele für die Entwicklung und Realisierung von Elementen und Systemen der Elektromobilität runden die Ausführungen in diesem Kapitel ab.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

7. Wirtschaftlichkeit elektrischer Energiespeichersysteme

Zusammenfassung
Die Wirtschaftlichkeit technischer Lösungen ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Entscheidung über ihre Realisierung. Sicherlich spielen bei der Bewertung der Lösungen auch andere Faktoren wie Klimaziele oder Zuverlässigkeit eine Rolle (siehe auch Mehrkriterien-Bewertungsmethode in Kap. 2 oder Kap. 8 zur Bewertung der Zuverlässigkeit), aber die Wirtschaftlichkeit darf nie aus den Augen verloren werden. In diesem Kapitel werden die Grundlagen der Kostenrechnung bei der ökonomischen Bewertung von EES-Lösungen diskutiert. Für verschiedene Speichertechnologien werden im Weiteren auf der Grundlage der Kostenrechnung Kennzahlen berechnet und die Wirtschaftlichkeit dieser Technologien dargestellt und charakterisiert.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

8. Zuverlässigkeit in Smart Grids mit Energiespeichersystemen

Zusammenfassung
Im Laufe der Jahre haben sich elektrische Energiesysteme als das führende Glied in der Energieversorgungskette entwickelt. Dies ist insbesondere auf die sehr hohe Zuverlässigkeit dieser Systeme zurückzuführen. In diesem Kapitel werden die Merkmale der Zuverlässigkeit von EES allgemein sowie Methoden zu ihrer Berechnung vorgestellt. Der elektrische Energiespeicher muss im Vergleich zu anderen Betriebsmitteln als neues Element des Energiesystems betrachtet und in die Zuverlässigkeitsberechnungen integriert werden. In diesem Kapitel wird anhand von Beispielen gezeigt, wie dies erreicht werden kann und welche Ergebnisse der Zuverlässigkeit für ein elektrisches Energiesystem mit EES zu erwarten sind. Es wird ersichtlich, dass der Einsatz von EES in einigen Fällen die bereits hohe Zuverlässigkeit sogar noch verbessern kann.
Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

Backmatter

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