Hybridnetze und ihre Relevanz für einen Energieversorger

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1 Hybridnetze und ihre Relevanz für einen Energieversorger Dr. Werner Dub Mitglied des Vorstands netconomica April 2013

2 Agenda Vorstellung MVV Energie Energiewende und ihr Einfluss auf EVUs Flexibilitätsoptionen Hybridnetze Wärmespeicher zur Optimierung von großen KWK Anlagen Power 2 Heat Power 2 Gas Fazit Notwendigkeit eines gesamtsystemischen Optimierungsansatzes Seite 2

3 Aktionärsstruktur der MVV Energie AG Streubesitz Stadt Mannheim 50,1% 12,2% davon 9,4% institutionelle Investoren und 2,8% Privataktionäre 6,3% GDF SUEZ RheinEnergie 16,3% 15,1% EnBW Seite 3

4 Bereinigte Kennzahlen des MVV Energie Konzerns im Geschäftsjahr 2011/2012 in Mio Euro Außenumsatz ohne Strom- und Erdgassteuer Adjusted EBITDA Adjusted EBIT Adjusted EBT Bereinigter Jahresüberschuss Bereinigter Jahresüberschuss nach Fremdanteilen Bereinigtes Ergebnis je Aktie in Euro Free Cashflow 2011/ ,21 23 Seite 4

5 Energieeffizienz steigern Energie sparen Erneuerbare & Dezentrale Energien ausbauen Die Säulen der Neuen Energiewelt und ihr Fundament Neue Energiewelt Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) Flexibilitätsmanagement Seite 5

6 Leitsystem Erneuerbare Energien Charakteristik Dominiert von Photovoltaik und Windkraft Fluktuierende Erzeugung Dezentrale Erzeugung Herausforderung Jederzeit Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch im Stromnetz Seite 6

7 Leitsystem Erneuerbare Energien Herausforderung: Variabler Strompreis Typisches Lastband in Deutschland Quelle: BMU, EEG Mittelfrist 2012 Strom hat aufgrund Ausbau EE zunehmend variablen Strompreis Seite 7

8 Zu viel Strom Zu wenig Strom Leitsystem Erneuerbare Energien Herausforderung: Dynamik Residuallast 2030 (Stromnachfrage Einspeisung EE) Konventionelle Kraftwerke Import von Strom +20 GW GW -20 GW Samstag +24 GW in 3 h Sonntag Speicher / Flexibilitäten Pumpspeicher-Kraftwerke Wärmespeicher Power to Gas (Methanisierung) Power to Heat (Elektroheizung) Norwegen und Schweiz als Batterie-Puffer? Demand Side Management EE-Anlagen abschalten Stromexport Zum Ausgleich sind hochdynamische Mechanismen / Systeme notwendig. Seite 8

9 Antwort: Flexibilität Vernetzung mittels IKT-Plattform (Smart Grids) Flexible Erzeugung Speicher Import / Export Nachfragesteuerung Spartenverbund Zentral Regelbare Gaskraftwerke Dezentral BHKW, regelbare EE- Anlagen, Virt. Kraftwerk Langzeitspeicher (Tage bis saisonal) Kurzzeitspeicher (Sekunden bis Stunden) Anreizsteuerung Variable Tarife Direktsteuerung Virt. Kraftwerk, Netzsteuerung Zellulare Netze Europaverbund bis Microgrids Lokale Märkte lokaler Ausgleich / Wertschöpfung Kopplung von Strom, Gas, Wärme / Kälte und Mobilität KWK, P2H, P2G, V2G Hybride Verbraucher Alle Flexibilitätsoptionen müssen unter Berücksichtigung ihrer technischen und ökonomischen Restriktionen erschlossen werden Seite 9

10 Flexibilitätsoptionen: Übersicht ausgewählter umkehrbarer Stromspeichertechnologien Max. Leistung [MW] Wirkungsgrad [%] Investitionskosten [ /kwh] Entladungszeitraum Schwungrad Minuten Batterie Speicherkraftwerk Stunden Pumpspeicherkraftwerk Stunden Druckluftspeicherkraftwerk Versuchsanlagen Stunden Wasserstoff > Versuchsanlagen Wochen Methansynthese > Versuchsanlagen Wochen Verfügbare Stromspeichertechnologien sind oft noch nicht ausgereift oder unwirtschaftlich Oftmals ist Strom nur für einen kurzen Zeitraum wieder ausspeisbar Transformationsspeicher werden deshalb ebenfalls benötigt Es bedarf aber auch nicht umkehrbarer Stromspeichertechnologien Zusammenfassung diverser Quellen Die aktuell verfügbaren Speichertechnologien sind einzeln betrachtet nur bedingt zur Systemoptimierung geeignet Seite 10

11 Flexibilitäten durch Hybridnetze Wechselwirkungen der Verteilnetze (Vereinfachte Darstellung) ÜNB HS/HD Stromspeicher Kraftwerkspark Strom-Verbundnetz DKW Methanisierung 1 GuD Gas-Verbundnetz BioKW Gasspeicher VNB MS-NS/ND Strom speicher Wind H2/Methanisierung 3 Bio gas Gas puffer Strom-Verteilnetz Gas-Verteilnetz FW-Verteilnetz G BioKW PV E-Mobility H2-Mobility G BHKW Kessel LOKALES NETZ Power 2 Heat 2 Wärme speicher 1 Seite 11 Quelle: MVV Energie AG, SWK

12 1. Optimierung großer KWK Kraftwerke durch Wärmespeicher Fernwärmespeicher im GKM Schaffung zusätzlicher Redundanz (bis 4 Stunden) Durchmesser Höhe 40 m 36 m Speichervolumen m³ Vergleichmäßigung der Kraftwerksfahrweise Optimierung Strom- und Wärmeerzeugung Optimierung der spezifischen Leistungseinbuße bei hohen Strompreisen Max. Massenstrom t/h Speichertemperatur 98 C Speicherkapazität MWh Max. Leistung 250 MW Investitionskosten 27 Mio. Reduktion Mindestlast bei ungünstigen Strompreisen Seite 12

13 1. Optimierung großer KWK Kraftwerke durch Wärmespeicher Beispielhafte simulatorische Darstellung Erhöhung der Versorgungssicherheit Flexibilisierung des Kraftwerks Seite 13

14 2. Flexibilisierung durch Power 2 Heat Notwendigkeit der Flexibilisierung von KWK Kraftwerken Stunden negativer Residuallast Stunden nicht integrierbarer Leistung Jahreskurve mit Erzeugung und Last 2050 Quelle: dena Integration der erneuerbaren Energien in den deutsch-europäischen Strommarkt Flexibilisierungsoptionen von KWK Anlagen zusätzlich zu Wärmespeichern erforderlich. Steuerbare Power 2 Heat eine Option bei niedrigen Marktpreisen Strom in Wärme zu wandeln Seite 14

15 2. Flexibilisierung durch Power 2 Heat Durchschnittliche Strompreiszusammensetzung 2013 Prozentualer Anteil Anteil für Privatkunden Stromerzeugung 32,3% 8,85 ct/kwh Markt Netznutzung 18,8% 5,15 ct/kwh 19 Umlage 0,5% 0,15 ct/kwh Mehrwertsteuer 15,0% 4,12 ct/kwh Konzessionsabgabe 6,6% 1,80 ct/kwh Regulatorischer Anteil Öko-/Stromsteuer 7,5% 2,06 ct/kwh EEG-Umlage 19,3% 5,28 ct/kwh Quelle: BDEW Power 2 Heat ist aufgrund der Höhe des Strompreises aktuell wirtschaftlich nicht darstellbar. Seite 15

16 2. Flexibilisierung durch Power 2 Heat Beispiel Dänemark Wirtschaftlicher Einsatz von Power 2 Heat bei niedrigen Strompreisen Quelle: Power 2 Heat kann eine interessante Wärmeerzeugungsmethode sein, wenn die regulatorischen Bedingungen geändert werden. Seite 16

17 Methanisierungsreaktor 3. Flexibilisierung durch Power 2 Gas Elektrolyse und Methanisierung inklusive Mobilitätsverknüpfung O 2 O 2 Pipeline Industrie Fluktuierende Erneuerbare Energien H 2 O Elektrolyseur H 2 H 2 Pipeline H2 Wasserstofftankstelle Luft Industrie CO 2 Einspeisung H 2 ins Erdgasnetz (aktuell bis 5 vol% möglich) Erdgasnetz Fossile Kraftwerke CH 4 Biomassekraftwerk Wärme Seite 17

18 3. Flexibilisierung durch Power 2 Gas Langzeitspeicher Strom Gas Max. Transportleistung MW MW Transportnetz Speicherkapazität 0 MWh TWh Vorhandene Speicher-kapazität (ohne Netz) 0,04 TWh 240 TWh G. Müller-Syring, DBIGUT, Fachgespräch IKT-basiertes Energie-Hybridnetz der Zukunft, , DVGW Power 2 Gas stellt eine Langzeitspeichermöglichkeit für überschüssigen Strom dar und reduziert die Investitionskosten für einen weiteren Ausbau des Stromübertragungsnetzes. Seite 18

19 Eigene Darstellung nach G. Müller-Syring, DBIGUT, Fachgespräch IKT-basiertes Energie-Hybridnetz der Zukunft, Effizienz der Flexibilitätsoptionen Dezentrale Power 2 Heat Erneuerbare Energie 100 % Transformator 95 % Power 2 Heat 95% Zentrale Power 2 Heat Erneuerbare Energie 100 % Transformator 95 % 380 kv (500km) 90,3 % Power 2 Heat 90,3 % Power 2 Gas H 2 Power 2 Gas CH 4 Erneuerbare Energie Erneuerbare Energie 100 % 100 % Transformator Transformator 95 % 95 % Elektrolyse Elektrolyse 71,3 % 71,3 % Methanisierung Verdichter, Speicher 57,1% 70,2 % Verdichter, Speicher Transport 500 km 56,3% 69,9 % Transport 500 km 56,1% Seite 19

20 Gesamtsystemische Optimierung durch modularen Aufbau Wärmespeicher Begrenzte Speicherkapazität Optimierung von KWK Anlagen Niedrige Verluste Erprobte Technologie Kurzfristig integrierbar Lokaler Nutzen Nicht wieder verstrombar Power 2 Heat Bietet Flexibilität in var. Größen (zentral, dezentral) Erprobte Technologie Nicht wieder verstrombar Kurzfristig integrierbar Hohes Speicherpotential (bei Fernwärmenetzen) Lokaler und regionaler Nutzen Niedrige Verluste IKT Einbindung notwendig Power 2 Gas Auch im Transportsektor einsetzbar (H 2 / CH 4 ) F&E Bedarf Hohes Speicherpotential (deutschlandweit verteilbar) Langfristspeicher Lokaler und überregionaler Nutzen Hohe Umwandlungsverluste Eine Kombination verschiedener Technologien ist für eine gesamtsystemische Optimierung notwendig. Seite 20

21 Das vernetzte Hybridsystem der Zukunft Modularer Aufbau Anpassungen an lokale Gegebenheiten Verbrauchssteuerung Stromspeicher Power 2 Heat Wärmespeicher BHKW / Kältespeicher Dezentrale Einspeisung Energiemanagement Power 2 Heat Brennstoffzelle Power 2 Gas Gasnetz Power 2 Heat Ausgewählte MVV Aktivitäten Fernwärmespeicher im GKM Untersuchung weiterer Wärmespeicher (Kiel) Flexibilitätskonzepte (Steuerung, Leitwarten) Power 2 Heat Technologien Power 2 Heat Energiemanagementsysteme Innovative Stromspeicherkonzepte Brennstoffzellen Spartenübergreifende Optimierung IKT-Netz Kältenetz Wärmenetz Niederspannungsnetz Intelligente Netzstation Netzzustandsmessung Prognosen Anreizabgabe Seite 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!