Regionale und kommunale Energieversorgung Die Rolle der Stadtwerke bei der Umsetzung der Energiewende

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1 StadtwerkeForum und 8. November in Köln Regionale und kommunale Energieversorgung Die Rolle der Stadtwerke bei der Umsetzung der Energiewende Dr. Kurt Rohrig Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Kassel

2 C O 2 - K o n z e n t r a t i o n [ p p m ] Globale Situation und zukünftige Trends W e l t b e v ö l k e r u n g [ M i l l i a r d e n ] 1 3 W e l t e n e r g i e b e d a r f [ 1 0 k W h ] Globales Wachstum Bevölkerung, Energiebedarf, CO -Konzentration 2 Weltenergiebedarf CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre Weltbevölkerung März 2012: 394 ppm

3 Die Antwort auf das Die-Kosten-der-Energiewende Argument Projekt Definition Projekt Größe: Mengengerüst Finanzie- rungs- Plan Politische Implementierung 4000 TWh TWh TWh < 1300 TWh 3 : 1

4 Monetäre Steuerungen der Cross-sektoralen Kopplungen Ersparnisse in Mobilität und Wärme müssen in die elektrische Infratruktur fließen Energie Systemdesign Deutschland Primärenergiebedarf PJ = TWh Kraftstoff Elektrizität Wärme Elektrolyse Primärenergie (heute) Endenergie (zukünftig) 300 TWh Zukünftige Elektrizität 620 TWh (170 Mio l/tag) TWh TWh 200 TWh Langstrecke Wirkungsgrad- Steigerung 100% Kurzstrecke (emobil) 300 TWh 150 TWh Demand-Side Management ca. 10% 650 TWh η~40% TWh Gebäudeheizung Wärmepumpe Strombedarf (COP=3) Verbesserung Wärmedämmung 100% TWh 700 TWh 300 TWh 500 TWh 200 TWh Industrie 200 TWh Koppelprodukte von Strom-Wärme bzw. Strom-Mobilität

5 Modellierung und Systemanalyse Sektorübergreifende Zubauoptimierung - Szenarienentwicklung und Technologiebewertung HPC-Cluster: 380 CPU Cores 2560 GB Memory

6 Zukünftige Einspeiseszenarien

7 Zukünftige Einspeiseszenarien

8 Leistung [GW] Leistung [GW] Flexibilitätsoption - Lastmanagement residuale Last DSM-Haushalt Klimatisierung E-Kfz Wärmepumpen residuale Last DSM-Haushalt Klimatisierung E-Kfz Wärmepumpen /09 27/09 29/09 01/10 03/10 05/10 07/10 Tag/Monat Bestehende Verbraucher (Nachtspeicher, el. Trinkwarmwasser, weiße Ware) Neue Verbraucher (E-KFZ, E-WP, Klimatisierung) Industrielles Lastmanagement Volllaststunden [h]

9 Verbindung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr VK Kontrollkommunikation Markt- und Konfigurationskommunikation P Δ P P Kopplung mit Virtuellen Kraftwerken: Regenerative Modellregion Harz

10 Wind- und Solarstrom am Markt Einfluss der EE-Stromerzeugung auf Marktpreise (2012) Wind: Solar:

11 Selbstversorgungsanteil Eigenverbrauch Regionale Vermarktung Bsp. Landkreis Harz (RegModHarz, e-energy): Selbstversorgung Eigenverbrauch hohes Potential an erneuerbaren Energien, niedriger Verbrauch % EE Konfiguration % EE Export-/Import-Spitzen Ländl. Regionen mit vielfacher Erzeugung im Vergleich zum eigenen Verbrauch Konfiguration 2 Konfiguration 3 Konfiguration 4 Konfiguration 3, BRD 100 % EE großer Anteil der Erzeugung in überregionaler Vermarktung positive und negative Residuallastspitzen [MW]

12 SUN2Heat: Gleichzeitigkeit Strom Wärme COP: 4 links von Linie: weitere Stromüberschüsse vorhanden rechts von Linie bis y-achse: überschüssiger Strom kann als Wärme verwertet werden KWK Steigung KWK: 30/ 50, aufgrund el. und th. Wirkungsgrade unter Linie: Wärme kann gespeichert werden über Linie: KWK produziert zusätzlich Stromüberschüsse

13 Regionale Vermarktung von Strom und Wärme Kopplung der Strom- und Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien Residuallast und Wärmeverbrauch in Nordhessen (Sz. 2025, SUN2Heat):

14 Regelleistung durch EE: Feldtest - Ergebnis

15 Simulation der Fahrzeuge - Mikro-Ebene Preiszeitreihen (Kraftwerkseinsatz) Simulationsumgebung Hochaufgelöste Meteorologische Daten Extrahierte Profile MID 2008 Lastgänge der einzelnen Fahrzeuge

16 Geschäftsmodell spotmarktorientiertes Laden Energielieferant / Poolkoordinator Endkunde? Netzbetreiber Markt

17 Netzentlastung durch lokales Energiemanagement Netzengpassmanagement zukünftig als Teil des Betriebs/der Vermarktung Kombination von Abregelung und netzbedingtes Management von Wärmeerzeugung (KWK, Wärmepumpen), Biogas und Speicher Reduktion des Netzausbaubedarfs um 600 MW mit 1% Abregelung (RegModHarz, Sz. 100%-Versorgung in D):

18 Lokale Prognosen: Aufbau der PV-Prognose Satellite NWP (0 78 h) Cosmo-EU Radiation Temperature Installed PV-Capacity Preprocessing PV-forecast - EEG Database - PV Database (BNetzA) Classification by age, power Statistical information of : -inclination, orientation, - WRund efficiency factor - losses Physical Simulation of all PV plants MOS NN

19

20 85% des Gesamtbedarfs aus regionaler Stromerzeugung bis 2025

21 Die regionale Stromerzeugung kann bis zu 300 Millionen Euro in der Region halten

22 Leistungen des IWES: Potentialanalyse / Szenarien Erstellung Konzepterstellung (wirtschaftlich, technisch und organisatorisch) Umsetzung und Integration

23 Ausgewählte Referenzen / Beispielprojekte Potentialanalyse / Szenarien Erstellung Konzepterstellung (wirtschaftlich, technisch und organisatorisch) Umsetzung und Integration

24 Zusammenfassung Transformation des EVS als Herausforderung des 21. Jahrhunderts Effizienz durch den Einsatz der erneuerbaren Energien Effizienz im Wärme- und Verkehrssektor durch den Einsatz von elektrischer Energie Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr für die Energiewende entscheidend Netzausbau 1. Priorität, aber nicht finale Lösung Kopplung von Strom- und Gasnetz sehr nützlich Erzeugungs- und Lastmanagement etablieren Alle neuen Verbraucher über Lastmanagement an EE binden Alle flexiblen EE-Quellen (v.a. Biomasse) auch flexibel einsetzen Systemdienstleistungen (Frequenz- und Spannungsregelung) Speicher konzipieren, bauen, einsetzen Wir brauchen alle nur verfügbaren Speicher (Kurzzeit und Langzeit) Gebäude als Wärme- und Energiespeicher etablieren Gas-KW als Backup-Technologie etablieren und später mit EE-Gas nutzen

25 Zusammenfassung II Regionale Versorgung als Schlüssel der Energiewende Anteilige Vermarktung in der Region kann Akzeptanz verbessern Strom- Wärme und Mobilitätsversorgung durch Stadtwerke Fraunhofer IWES bietet für eine Vielzahl von Fragestellungen entsprechende Lösungen und Beratung an

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik advancing wind energy and energy system technology Forschungsspektrum: Windenergie von der Materialentwicklung bis zur Netzoptimierung Energiesystemtechnik für die erneuerbaren Energien Gründung: Mitarbeiter: ca. 550 Leitung: Prof. Dr. Clemens Hoffmann, Kassel Prof. Dr. Andreas Reuter, Bremerhaven