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Stromspeicher: ökologischer Hintergrund, graue
Energie, Lebenszyklus, Recycling
Sonnenstrom- und Speicherfrühstück
Michelbach, 15.05.2018
Dr.in Mag.a Susanne Schidler
Kurt Leonhartsberger, MSc.
Institut für Erneuerbare Energie
Stromspeicher | Ökologie
Standort ENERGYbase
Bachelor-Studium "Urbane Erneuerbare Energietechnologien" und Master-
Studium „Erneuerbare Urbane Energiesysteme“ mit mehr als 300 Studierenden
angewandte F&E auf dem Gebiet der Erneuerbaren Energie
mit derzeit etwa 25 nationalen und europäischen Forschungsprojekten
Schwerpunkte: Batteriespeichersysteme, Kleinwind, PV, Nachhaltigkeit
aktive Mitarbeit in Arbeitsgruppen der Internationalen Energie Agentur (IEA Wind
und PVPS) sowie diversen Technologieplattformen
FH Technikum Wien – Institut für Erneuerbare Energie
© FH Technikum Wien 2017 | LeonhartsbergerIEA Wind Task 27 Meeting in Wien, April 2015
Stromspeicher | Ökologie
Stromspeicher und Umwelt LCA
LCA Lebenszyklusanalyse - um die Umweltwirkungen über den gesamten
Lebenszyklus abzuschätzen
Rohstoffgewinnung
Lichtbogenschmelzen
Synthese
Abscheidung
Umschmelzen
Schneiden
Herstellung PN-Übergang
Aufbringung Antireflexschicht
Aufbringung elektrische Kontakte
Verstringerung
Laminieren
Aufsetzen Aluminiumrahmen
Messung Modulwerte
Tra
nsport
Tra
nsport
Abbau Vanadiumerze
Hochofenprozess
Frischen
Rösten
Reduktion mit Kalzium
Zusammenstellung VRB-Komponenten
Montage der PV-Anlage
Energieerzeugung und Bereitstellung
Demontage
Recycling
Tra
nsport
Wartung
Tra
nsport
Stromspeicher | Ökologie
Welche Umweltwirkungen?
Ökopotenziale
Ökotoxizität
Humantoxizität
Flächenverbrauch
Ressourcenverbrauch Material
Ressourcenverbrauch Energie (graue Energie)
Stromspeicher | Ökologie
Vorgangsweise bei einer LCA
Voraussetzung: Verständnis für die Prozesse der gesamten Wertschöpfungskette
Recherche von
Materialeinsatz Materialien in Endprodukt und Zwischenprodukten
Hersteller, Datenbanken, Berechnungen, Abschätzungen, stöchiometrische
Umrechnungen….
Energieeinsatz Gewinnung und Produktion, Energieträgermix (Standorte)
Hersteller, Recherchen nach möglichen Standorten, Abschätzungen…
Transporte Alle Wegen zwischen den unterschiedlichen Wegen und die
Transportmittel (Standorte)
Hersteller, modulare Routenplaner, Annahmen, Datenbanken, Standortrecherchen….
Stromspeicher | Ökologie
Forschungsprojekte am Institut für Erneuerbare Energie
SPIN.OFF Salzwasser
S-chameleonStore Lithium - Eisenphosphat
Zink – Eisen-Redox-Flow
PV-Store Vanadium – Redox – Flow
Stromspeicher | Ökologie
Ausgewählte Ergebnisse:
Klimapotenzial und Kumulierter Energieaufwand
Technologiekg CO2-äqu -
gesamt
kg CO2-
äqu/kWh
kg CO2-
äqu/kWKEA (kWh)
Salzwasser 7.310 256 28,6 32.220
Lithium -
Eisenphosphat1.245 130 9,6 6.070
Zink – Eisen-
Redox-Flow 44.900 280 160,0 207.000
Was sagt uns das?
Stromspeicher | Ökologie
Ökologische Kennzahlen
oftmals schwer verständlich bzw. schwer einzuordnen
z. B. 1.245 kg CO2-Äquivalente
daher meist als Vergleich
Stromspeicher | Ökologie
Energetische Amortisation einer PV-Anlage
Quelle: http://www.volker-quaschning.de/datserv/kev/index.php
oder im erweiterten Kontext bzw. einer verständlicheren Form
z. B. in Form der Amortisationsdauer (Energie, CO2,…)
Stromspeicher | Ökologie
Energetische Amortisationsdauer
Speicher sind keine Erzeuger sondern Verbraucher
keine Bewertung des Speichers, sondern nur als Teil eines Gesamtsystems
z. B. PV mit Speichersystem
Mehrwert? Substitution?
Stromspeicher | Ökologie
Konventionelle, eigenverbrauchsoptimiert Betriebsführung von PV-Heimspeichersystemen (Bundesverband Solar e. V., 2013)
Netzentlastung erst durch dauerhafte Reduktion der max. PV-Einspeiseleistung
Erhöhung der Aufnahmefähigkeit der Netze um bis zu 66 % (ohne Netzausbau) bei
Reduktion der max. PV Einspeiseleistung auf 60 %
Vorausschauende Bewirtschaftung reduziert Abregelungsverluste von 7 % auf 1 %
Netz- und Systemdienlichkeit?
Stromspeicher | Ökologie
Kompensation Lastspitzen
Haushalt mit 8 kWp PV
Jahresverbrauch 6.500 kWh
Tagesverbrauch 20 kWh
(Ende Jänner 2016)
mit Batteriespeicher
nutzbare Kapazität 8 kWh
Forschungsprojekt SPIN.OFF
Reduktion von Last- und Erzeugungsspitzen
in einem Bürogebäude
auf Basis eines selbstlernenden künstlichen
neuronalen Netzwerks (KNN)
ProjektpartnerInnen
Stromspeicher | Ökologie
Projektziele:
Prognosegenauigkeit
Wirtschaftlichkeit
Ökologische Nachhaltigkeit
Kompensation Lastspitzen
Quelle: Marcus Meisel, Evangelia Xypolytou, Institute
of Computer Technology, TU Wien, Vienna, Austria,
marcus.meisel@tuwien.ac.at@tuwien.ac.at
Y(t+Τ)Verbrauchsvorhersage
+
-
Temperatur(t+Τ)
Sonneneinstrahlung(t+Τ)
Verbrauch(t-T)
Datum,Uhrzeit(t+T)zumMPCReglerdesEnergiemanagersderBatterie
TrainingVerbrauchsdaten
(t+T)
Fehlerverbesserung
Feiertage/Ferien/Arbeit
tatsächlicherVerbrauch
KNN(Matlab®)
Das Projekt „SPIN.OFF - SPeicherINtegration in das Büro(OFFice)-
gebäude FUTUREbase“ wird aus Mitteln des BMVIT im Rahmen der
2. Ausschreibung des Programms „Stadt der Zukunft“ gefördert.
Stromspeicher | Ökologie
Entwicklung eines dezentral organisierten
Heimspeicher-Netzwerks
zum Ausgleich von Fahrplanabweichungen
einer Bilanzgruppe
Technische Umsetzung
keine zentrale Intelligenz oder
Verwaltung
dezentrale Entscheidungsfindung
Berücksichtigung von
Eigeninteressen
Sondierung: MBS+
Übertragungsnetz
Verteilnetz 2Verteilnetz 1
EVU /
BGV A
Kommunikation
EVU /
BGV B
Netz-
betreiber
Das Projekt „MBS+ Entwicklung eines dezentral organisierten Kleinspeicher-Netzwerks zum Ausgleich von Fahrplanabweichungen“ (FFG-Nummer 853674)
wurde aus Mitteln des Klima-und Energiefonds im Rahmen der 2. Ausschreibung des Technologieentwicklungsprogramms „Energieforschung“ gefördert.
Stromspeicher | Ökologie
Konkreter Anwendungsfall entscheidend
einerseits um Substitution bestimmen zu können
andererseits um Produkte/Technologien korrekt miteinander zu vergleichen
Resümee
Speichernutzung bei eigenverbrauchsoptimierter Bewirtschaftung
(eigene Darstellung)
Stromspeicher | Ökologie
Dynamische Entwicklung
effizientere Fertigungs- und Recyclingprozesse
steigender Anteil EE am Strommix
Resümee
Energetische Amortisationszeit für PV Aufdach
Quelle: Fraunhofer ISE, 2016, Photovoltaics Report
Stromspeicher | Ökologie
Kurt Leonhartsberger, MSc
FH Technikum Wien, Institut für Erneuerbare Energie
Mail: kurt.leonhartsberger@technikum-wien.at
Telefon: +43 664 619 25 86
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Mag.a Dr. in Susanne Schidler
FH Technikum Wien, Institut für Erneuerbare Energie
Mail: susanne.schidler@technikum-wien.at
Telefon: +43 664 619 2557
Stromspeicher | Ökologie
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Literaturverzeichnis
Biermayr, P., Eberl, M., Enigl, M., Fechner,H., Kristöfel, C., Leonhartsberger, K.,
Maringer, F., Moidl, S., Strasser, C., Weiss, W., Wörgetter, M. (2014) Innovative
Energietechnologien in Österreich - Marktentwicklung 2013. BMVIT
Schriftenreihe 26/2014, Mai 2014, Wien
Bundesverband Windenergie e.V. (2011) Qualitätssicherung im Sektor der
Kleinwindenergieanlagen
Ecoprog (2012) Effizienz der Offshore-Windkraft - Effizienz der
Standortpositionierung von Offshore-Windkraftanlagen im europäischen Markt.
Köln, Februar 2012
Ederer, N. (2015) The right size matters: Investigating the offshore wind turbine
market equilibrium, 13. Februar 2015, IEWT 2015
Energiewerkstatt (2014) Das realisierbare Windpotenzial Österreichs für 2020
und 2030. im Auftrag der IG Windkraft und der FFG, Publizierbarer Endbericht,
02.06.2014
EWEA (2015) Wind in power - 2014 European statistics. European Wind
Energy Association, Februar 2015
Stromspeicher | Ökologie
CO2 Amortisation
Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (2014) Photovoltaik und Solarthermie
Exemplarischer Vergleich hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Klimarelevanz
Biermayr, P., Dißauer, C., Eberl, M., Enigl, M., Fechner,H., Kristöfel, C., Leonhartsberger, K., Maringer, F., Moidl, S., Schmidl, C., Strasser, C., Weiss, W.,
Wonisch, P., Wopienka, E. (2017) Innovative Energietechnologien in Österreich - Marktentwicklung 2017. BMVIT Schriftenreihe 13/2017, Mai 2017, Wien
Ermittlung CO2-Einsparungen 2017
(1) ENTSO-E Mix
(2) ENTSO-E Mix ohne
Atomstrom
(3) ENTSO-E Mix, nur fossiler
Anteil
Emissionskoeffizient der Substitution (gCO2äqu/kWh)
297,4 380,5 660,3
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