Browsing by Author "Hartmann, Niklas"

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Open Access
Entwicklungsstand und Perspektiven der Elektromobilität : Endbericht
(2009) Blesl, Markus; Bruchof, David; Hartmann, Niklas; Özdemir, Enver Doruk; Fahl, Ulrich; Eltrop, Ludger; Voß, Alfred
Im Rahmen dieser Studie wird untersucht, inwiefern die verschiedenen denkbaren Antriebsvarianten aus dem Bereich der Elektromobilität einen ökonomisch und ökologisch sinnvollen Beitrag zur Senkung der Erdölabhängigkeit und zur Reduzierung der Emissionen des Verkehrssektors leisten können. Die Studie beginnt zunächst mit einer technischen Beschreibung der verschiedenen Varianten elektrischer und hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebe im PKW-Bereich. Anschließend folgt eine Analyse der derzeitigen spezifischen Kosten einzelner Antriebskomponenten, sowie des jeweiligen mittel- bis langfristigen Potenzials zur Kostenreduktion. Auf Basis dieser Ergebnisse werden die Mobilitätskosten der einzelnen elektromobilen Antriebsalternativen für verschiedene Nutzerprofile und Fahrzeugklassen ermittelt und durch den Vergleich mit konventionellen Referenzfahrzeugen bewertet. Des Weiteren werden auch die heutigen und zukünftigen Emissionen der einzelnen Antriebsalternativen im Fahrbetrieb (Tank-to-Wheel) und bei der Kraftstoffherstellung (Well-to-Tank) sowie die resultierenden CO2-Vermeidungskosten in Relation zum Referenzfahrzeug für verschiedene Nutzerprofile verglichen. Weitere Aspekte der Elektromobilität, die im Rahmen dieser Studie diskutiert werden, sind Infrastrukturanforderungen, die sich bei der Nutzung von Strom und Wasserstoff als Kraftstoff im PKW-Verkehr ergeben, sowie die Potenziale der Nutzung Batterie betriebener Elektrofahrzeuge zu Lastmanagement und Primärregelung.
Open Access
Rolle und Bedeutung der Stromspeicher bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien in Deutschland : Speichersimulation und Betriebsoptimierung
(2013) Hartmann, Niklas; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)
Der Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch ist zwischen den Jahren 2000 und 2011 von 6,8 % auf über 20 % gestiegen. Zukünftig wird dieser Anteil weiter zunehmen. Ein Großteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ist durch erhebliche Fluktuationen, die nur in begrenztem Umfang planbar sind, charakterisiert. Das Elektrizitätssystem Deutschlands steht daher vor der Herausforderung, immer höhere Anteile der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aufzunehmen und trotz abnehmender Kapazitäten des konventionellen Kraftwerkparks die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Einen Beitrag zur Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung und zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit können Speicher liefern. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Rolle und Bedeutung von Stromspeichern zur Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien in das Elektrizitätssystem Deutschlands zu analysieren und zu bewerten. Hierfür wurde der Speicherbetrieb adiabater Druckluftspeicher, diabater Druckluftspeicher und mobiler Batteriespeicher (in Elektrofahrzeugen) mit Hilfe eines technischen Modells simuliert und anhand einer technisch-ökonomischen Analyse dem Referenzsystem „Pumpspeicher“ gegenübergestellt. Wesentliche Charakteristika wurden anschließend in ein Optimierungsmodell der Einsatzplanung des Elektrizitätssystems Deutschlands (Joint-Market-Model) übernommen, um die Auswirkungen des Speichereinsatzes zur Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien auf die Systemkosten und den Speicherbetrieb zu analysieren. Es wurden anhand verschiedener Szenarien die Anteile erneuerbarer Energien von 50 %, 80 % und 100 % am Bruttostromverbrauch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine vollständige Integration hoher Anteile der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nur mit einem erheblichen Ausbau an Speichern realisiert werden kann. Für einen Anteil von 50 % erneuerbarer Energien an der Elektrizitätsnachfrage in Deutschland wurde ein Bedarf an Speicherleistung von 27 GW und an Speicherkapazität von 245 GWh ermittelt. Zur Integration eines Anteils von 80 % erneuerbaren Energien sind eine Speicherleistung von 78 GW und eine Speicherkapazität von 6,3 TWh erforderlich. Für 100 % erneuerbare Energien werden Speicher mit einer signifikant höheren Speicherleistung von 139 GW und einer Speicherkapazität von 83 TWh benötigt. Dies geht mit einem erheblichen Kapitalaufwand einher. Bei einem Verzicht auf eine vollständige Integration der erneuerbaren Energien, einem „Curtailment“, kann die Stromeinspeisung aus Windenergie- und Photovoltaikanlagen reduziert werden, falls dies zu geringeren Systembetriebskosten führt. Hierdurch verringert sich der Speicherbedarf erheblich. Der Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, der aus ökonomischen Gründen nicht aufgenommen wird, ist dabei kleiner als 1 %. Für einen Anteil von 50 % erneuerbarer Energien wird bei gleichbleibender Speicherkapazität eine Speicherleistung von knapp 11 GW (statt 27 GW) benötigt. Bei einem Anteil von 80 % erneuerbarer Energien kann die Speicherleistung von 78 GW auf 66 GW und die Speicherkapazität von 6,3 TWh auf 5,4 TWh verringert werden. Für 100 % erneuerbare Energien liegt der Speicherbedarf bei 106 GW (statt 136 GW) Speicherleistung und 57 TWh (statt 83 TWh) Speicherkapazität. Das „Curtailment" führt somit in allen Szenarien zu einer Reduktion der Systemkosten.