Power-to-saved-gas: Wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Anwendungen von Elektrokesseln in der Energiewende

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1 21. März 2014, Brunsbüttel Power-to-saved-gas: Wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Anwendungen von Elektrokesseln in der Energiewende Hans Schäfers University of Applied Sciences Hamburg Center for Demand Side Integration (C4DSI)

2 Power to saved Gas / Power to Heat Was ist das Problem? Und wie hilft da die Integration der Verbrauchsseite? Warum ist Power to Heat eine potenziell gute Variante zur Integration der Verbraucherseite? Wo ist der business case? (Ein Beispiel) Schaufenster Wind: Ein großes Kooperationsvorhaben SH-HH

3 Power to Heat Forum Was ist das Problem? Und wie hilft da die Integration der Verbrauchsseite?

4 Strukturwandel in der Energieerzeugung: Diese Dekade 4

5 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende 111 GW 47% EE 5

6 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Stand 2012: 76 GW (BMU 2013) 111 GW = 47% EE 6

7 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Stand 2013: 83 GW (BEE 2014) 111 GW = 47% EE 7

8 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Mit Zubaubremse lt. Gabriel ab 2014 Wind & PV max. je 2,5 GW/a 118 GW ~ 50% EE 8

9 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Mit Zubaubremse lt. Gabriel ab 2014 Wind & PV max. je 2,5 GW/a 118 GW ~ 50% EE Bereich der Netzlast in D 9

10 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto 10

11 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto Vorh. Grundlastkraftwerke 11

12 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto. Grundlastkraftwerke nach max. Retrofit zur Flexibilisierung 12

13 Glättungseffekt durch Last- und Erzeugungsmanagement Beitrag zur Lösung des Problems: Glättung der Residuallast durch Integration der Verbrauchsseite (Demand Side Integration, DSI) und Speicherung von Überschussenergie (Pumpspeicher, Power to Gas) Einfluss von DSI und Pumpspeicher (Potential von 2006) bei 47% REG (Wetter Daten 2007). Quelle: Fraunhofer IWES 13

14 Residuallast zukünftig 80% EE Quelle: Krzikalla (BET) 2013 für BEE.

15 Residuallast zukünftig Dauerlinie Residuallasten Heute und in Zukunft 24% EE 50% EE 80% EE Quelle: Verändert nach Krzikalla (BET) 2013 für BEE.

16 Quelle: Fraunhofer ISE, 2013 Spotmarkt /Intraday

17 Quelle: Fraunhofer ISE, 2013

18 Zwischenfazit Die Einbindung flexibler Verbraucherlasten ist für ein Gelingen der Energiewende unverzichtbar. Der rein Börsenpreis indizierte Einsatz flexibler Verbraucherlasten stützt bei derzeitigem Marktdesign vor allen nicht flexible Grundlastkraftwerke (Braunkohle) und lohnt sich in der Regel nicht. Alternative Einsatzkonzepte sind für eine erfolgreiche Energiewende notwendig

19 Power to Heat Forum Warum ist Power to Heat eine potenziell gute Variante zur Integration der Verbraucherseite?

20 Power-to-Gas zur Speicherung überschüssiger EE Quelle: IWES,

21 Aber Power-to-Gas und gleichzeitig Gas-to-Heat? Gas Boiler Heat (storable!) Quelle: IWES, 2013 (verändert) 21

22 Aber Power-to-Gas und gleichzeitig Gas-to-Heat? Gas Boiler Heat (storable!) Electr Boiler Quelle: IWES, 2013 (verändert) 22

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27 Wo ist der business case? Ein Beispiel.

28 Einsatz Regelleistung: Ab 10 bis 20 mhz Abweichung

29 Entwicklung der Erlösmöglichkeiten im Sekundärregeleistungsmarkt

30 Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel Beispiel Industrieunternehmen / Chemiefirma im Hafen: Hoher und recht konstanter Strom- und Prozessdampfbedarf BHKW ersetzt weitgehend früher genutzte Gaskessel

31 Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel Industrieller Betrieb mit konstantem, hohen Wärmebedarf: Wärmeversorgung über Gasturbine in Kombination mit Gaskesseln: elektrische Leistung: 5 MW el Thermische Leistung: 10 MW th Lastreduktion auf 50% der Nennleistung zulässig Gasturbine auf Grundlast dimensioniert (8.000 VLS) Stromversorgung: Bezugspreis: 12 cent/kwh Mittlerer Stromverbrauch: 4 MW Jahreshöchstlast: 5 MW KWK-Strom wird selber verbraucht KWK Vergütung 6 Ct

32 th. Leistung Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel th. Leistung 1. Szenario: Substitution durch Spitzenlastkessel => angeboten Regelleistung 2,5 MW 2. Szenario: Substitution durch E-Kessel => angeboten Regelleistung 7,5 MW Gaskessel KWK Gaskessel KWK E-Kessel

33 Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel Wirtschaftliche Bilanz: Kosten: Nebenkosten Strombezug (EEG,NNE, Stromsteuer, etc.) Ausfall KWKG-Vergütung Ausfall Stromverkauf + vnne Stromkosten E-Boiler stand-by Wirtschaftliches Potential: Erlöse: Erlöse aus Leistungspreis für Vorhaltung Erlöse aus Arbeitspreis für Erbringung Einsparungsertrag aus vermiedenem Gaseinsatz Szenario 1 Szenario 2 Substitution durch angebotene Leistung Σ Kosten p.a. Σ Erlöse p.a. Ergebnis p.a. Gas 2,5 MW Strom 7,5 MW

34 Fazit Für den gewinnbringenden Einsatz von Power to Heat Konzepten ist derzeit der wettbewerbliche und regulatorische Rahmen nur bedingt geeignet. Die Vermarktung von Regelenergie bringt ab einer gewissen Größenordnung derzeit einen interessanten Erlös. Die Realisierung von Erlösen setzt eine Analyse der individuellen Potenziale und eine gute Beratung voraus. Das C4DSI unterstützt sie dabei gerne. Sprechen Sie uns an

35 Power to Heat Forum Schaufenster Wind: Ein großes Kooperationsvorhaben SH-HH

36 BMWI Förderprogramm Schaufenster Intelligente Energie Ziele Veröffentlichtes Konsultationspapier des BMWI für 2 Schaufenster Intelligente Energie : Wind und Sonne Ziel: Nachweis der Versorgungs- und Systemsicherheit bei bis zu 100 Prozent Erneuerbare Energien unter Ausschöpfung von Erzeugungs- und Lastmanagement Systemübergreifende Bündelung von Wissen / Erfahrungen Informationsaustausch / Steuerung von Energieerzeugung, Transport, Verteilung, Speicherung, Verbrauch über Kommunikationsnetze (IKT) Quelle: Projektbeschreibung Schaufenster Intelligente Energie BmWi

37 BMWI Förderprogramm Schaufenster Intelligente Energie Kenndaten Praxisgroßtest mit den wesentlichen Komponenten: neue Netz-/ Speichertechnologien, Konzepte zur Systemführung / Engpassbewirtschaftung, Organisationsformen / Marktmodelle, neue Formen des Erzeugungs-/ Lastmanagements, Einsatz sicherer IKT, intelligente Messsysteme Fördervolumen je Schaufenster : 40 Mio. zzgl. Eigenanteil der Unternehmen 40 Mio. (Sondervermögen Energie- und Klimafonds ) Schaufenster- Zielregionen: Ungleichgewicht zwischen Last und Erzeugung, d. h. Lastzentren (hohe Bevölkerungs- /Industriedichte) und EE-Erzeugungszentren Modellregionen: min Haushalte, Smart Meter, steuerbare unterbrechbare Verbraucher, ausreichende TK-/ Energienetze, installierte Windleistung beträgt das Dreifache der Spitzenlast Unsere Modellregion ist der südwestliche Raum von Schleswig Holstein (Brunsbüttel mit Dithmarschen und Nordfriesland) und das angrenzende Hamburger Stadtgebiet

38 Schaufenster Wind Glättungseffekt durch Last- und Erzeugungsmanagement Projektidee Zentrale Projektideen: ChemCoast Park Brunsbüttel Energieumwandlung (Power-to-Heat, Power-to-Gas) 1. Entlastung der Übertragungsnetze und 2. Glättung der Residuallast in der Modellregion Verteilnetzgebiet des Großraumes Hamburg Integration vernetzter Infrastrukturen, in Grenzen steuerbare Verbraucher (Strom-, Wärme-, Gasnetze) H 2 -, CH 4 -Speicher in der Umgebung Hemmingstedt ggf. Druckluftspeicher Anbindung zusätzlicher Speicher zur Flexibilitätserhöhung Pumpspeicherkraftwerk Geesthacht H 2 -, CH 4 -Speicher in der Umgebung Hemmingstedt ggf. Druckluftspeicher

39 Schaufenster Intelligente Energie Konzeptvorschlag Ziel ist die maximale Integration von Windstrom ohne Erzeugung von Netzengpässen Über die Nutzung der Power-to-Heat- und der Power-to-Gas-Technologie wird im industriellen Bereich kurzfristig und alternativ Wärme und Wasserstoff bereitgestellt Die kostengünstige und schnelle Integrierbarkeit der Power-to-Heat-Technologie ermöglicht eine Standortstärkung für die ansässigen Betriebe z.b. Region Brunsbüttel Nordfriesland, Dithmarschen und Brunsbüttel stellen mit der Anbindung der Westküstentrasse, den Offshore-Windparks sowie der HGÜ NORD.LINK einen zentralen Knotenpunkt dar Die ÜNBs Tennet und 50Hertz ermöglichen die Anbindung der Fläche und Hamburg zur Integration von Haushalten und Kleinbetrieben mit intelligentem Lastmanagement Die geplanten HGÜ-Trassen SUED.LINK ermöglichen die elektrische Anbindung von Industriebetrieben in Niedersachsen über die Elbkreuzung Sichere IKT-Strukturen werden zur Steuerung von Energieerzeugung, Transport, Verteilung, Speicherung bis hin zum Verbraucher etabliert Es soll auch versucht werden, neue regulatorische Ansätze zu erproben

40 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Kontakt: Hans Schäfers, C4DSI, HAW Hamburg hans.schaefers(at)haw-hamburg.de (