Demand response: nichtelektrische Speicher für Elektrizitätsversorgungssysteme mit hohem Anteil erneuerbarer Energien (Deutsch)

Dissertation.de : Habilitation
dissertation.de , Berlin; 2006

Die elektrische Energieversorgung basiert auf fossilen und nuklearen Energieträgern, deren Verfügbarkeit im nächsten halben Jahrhundert dramatisch abnehmen wird. Die einzige Möglichkeit, unseren mit einem hohem Energieverbrauch verbundenen hohen Lebensstandard aufrecht zu erhalten, ist die Umstellung auf erneuerbare Energietechnologien wie Windenergie, Photovoltaik und Biomasse. Es gilt als allgemein akzeptiert, dass der maximal mögliche Anteil erneuerbarer Energien mit stochastischer Verfügbarkeit in einer elektrischen Energieversorgung nicht wesentlich größer als 20 % bis 25 % betragen kann. Gründe hierfür sind die Stabilität des Verbundnetzes und die im energiewirtschaftlichen Maßstab kaum speicherbare Elektrizität. Es wird gezeigt, dass durch die Integration - bereits vorhandener - inhärenter nichtelektrischer Speicherkapazitäten auf der Verbraucherseite in die Regelung der elektrischen Energieversorgung nach dem Konzept des Demand Side Management (DSM) keine Obergrenze für erneuerbare Energien mehr vorhanden ist. Nach den Begrifflichkeiten des 'Implementing Agreement on Demand Side Management Technologies and Programmes' der Internationalen Energieagentur (IEA) werden die Bezeichnungen Demand Side Management und Demand Side Bidding unterschieden. Die einzelnen Maßnahmen des Demand Side Biddings, die Flexibilisierung der Lasten, werden unter dem Oberbegriff 'Demand Response' zusammengefasst. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Aktivierung nichtelektrischer Speicher, die aber sehr wohl einen Einfluss auf das elektrische Lastprofil haben und von deren Aktivierung/Nutzung der Stromkunde in keiner Weise beeinträchtigt wird. Dabei werden folgende Technologien auf der Verbrauchsseite betrachtet: Speicherheizungen und elektrische Warmwasserbereitung, Lüftungsanlagen, Kälteanlagen, Heizungsumwälzpumpen und Druckluftanlagen. Des Weiteren wird auf eine Stromverlagerung durch geändertes Nutzerverhalten, auf Druckluftkraftwerke und die Flexibilisierung der Elektrischen Last bzw. Elektroenergieerzeugung durch Integration thermischer Speicher eingegangen.

Electrical power supply is mainly based on fossil and nuclear fuels. Their availability will be dramatically reduced within the next half century. The only possibility to maintain our high living and economic standard which is based on high energy consumption will be a reorganisation of our supplies towards renewable energies such as wind, photovoltaics and biomass. It is generally accepted that the maximum fraction of stochastically available renewable energies that can be integrated into our electricity supplies is 20 % to 25 %. Reasons are stability of the electricity network and absence of possibilities to store large amounts of electricity. The author demonstrates that by integrating already existing intrinsic storage capacities on the demand side into the control of electricity supplies there is no longer an upper limit for integration of renewable energies! The following technologies on the demand side are taken into account: storage heating and electrical water heating, ventilation, refrigeration, circulation pumps and compressed air in industry. Furthermore, changes in user behaviour, compressed air energy storage, and transition to flexible electricity usage by integration of thermal storage are discussed.

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