Regenerative Modellregion Harz

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1 Regenerative Modellregion Harz

2 E-Energy - IKT-basiertes Energiesystem der Zukunft Intelligente Stromerzeugung Intelligenter Verbrauch Intelligente Steuerung durch Echtzeitvernetzung aller Systemkomponenten IKT Intelligente Stromnetze Intelligente Speicherung Wirtschaftlichkeit Versorgungssicherheit Klimaschutz

3 E-Energy Förderprogramm vom BMWi und BMU 6 Modellregionen Entwicklung/Erprobung von Schlüsseltechnologien und Geschäfts- Modellen für ein Internet der Energie

4 Lk Harz Bundesland: Sachsen-Anhalt Einwohner: Fläche: 2104 km² Gründungsdatum:

5 Projektdaten Laufzeit: Projektetat: circa 16 Mio., Fördersumme 10 Mio. Projektpartner:

6 Leitziele Aufbau einer funktionsfähigen Leitstelle zur Steuerung des VK Harz Vermarktung des im VK Harz erzeugten Stroms Netzmonitoring und Systemdienstleistungen zur Unterstützung des Netzbetriebs

7 Funktionsweise REH P Kontrollkommunikation Markt- und Konfigurationskommunikation P P Unterschiedliche Steuerungsmöglichkeiten für das REVH (Regenerativer Energieverbund Harz) Indirekt durch flexible Tarife Direkte Steuerung durch die REVH-Leitwarte Direkte Steuerung durch ÜNB bei Gefährdung der Netzsicherheit Voraussetzung: IKT RegModHarz Seite 7 von 11

8 Erzeuger Der Landkreis Harz ist winddominiert.

9 Potenziale Das größte Potenzial hat die Windenergie, die auch die flächeneffizienteste Technologie ist. Flächeneffizienzen Wind: 64 kwh el /m² PV: 33 kwh el /m² Biogas: 1 kwh el /m²

10 Dezentrale Erzeugung aus regionalen Kraftwerken, Import & Export Rund 30% des Jahresverbrauchs wird aus dezentralen EE Anlagen erzeugt Stromüberschuss MWh, 528h Unterdeckung MWh

11 Dezentrale Erzeugung und Verbrauch, monatliche Verteilung Energie [MWh] Wind PV Wasser Biogas Biomasse KWK fossil EE gesamt Last LK Harz Monat Peter Ritter CUBE Engineering Dardesheim

12 ¼ h Simulation: Erzeugung und Verbrauch, Winter und Sommer Winter: viel Wind, viel Wasserkraft Sommer: wenig Wind, viel Sonne Überangebot Unterangebot

13 Architektur Betreiber Marktplattform Betreiber Regelleistungsmarkt Betreiber EPEX Spotmarkt Märkte Poolkoordinator EnergieAM Lieferant Pooling Betreiber steuerbarer DEE Betreiber indirekt steuerbarer DEE Anlagen REH VK Harz Verteilnetzbetreiber Übertragungsnetzbetreiber Netz

14 Prognosen - Wind Prognosen als wichtiges Element der Vermarktung. Kurzfristprognosen sind genauer als Folgetagsprognosen.

15 Prognosen - PV 7 6 Ist-Wert Prognose Leistung: 10,4 MW nrsme: 8,13% Gesamte PV-Einspeisung in Landkreis Harz in MW /10 02/11 02/12 02/13 02/14 02/15 02/16 02/17 02/18 02/19 02/20 02/21

16 Kommunikation Biomasse Kraftwerk verteilte Lasten Zählerfernauslesung Kommunikationsnetz PV-Anlage Adapter Große Windanlage

17 Geschäftsmodelle Regionaler Innovativer Stromtarif aus Erneuerbaren Energien Direktvermarktung von Energiemengen des VK über den Poolkoordinator Speicher E-Kfz bei den Haushalten Netzdienstleistungen im Verteilnetz

18 BEMI/variable Tarife für Haushalte

19 Typischer Strompreis Haushalt (2011) im LK 25 Endkunden Strompreis Gesamt 23,8 ct/kwh ct/kwh ,3 2,05 3,50 1,99 0,13 3,8 durchschnittl. Energiepreis Vertriebsmarge Netznutzungsentgelt Stromsteuer EEG Umlage KWK-Umlage Konzessionsabgabe MwSt. 19%

20 GM1 Regionaler Innovativer Stromtarif aus Erneuerbaren Energien Konzept - 1-stündiger 9-Stufentarif (je 3 x grün, gelb, rot) mit einheitlichen Preisspreizungen z.b. 3ct/kWh - ein Tag im Voraus verbindliche Preise für Haushaltskunden - Vertrieb zu Haushaltskunde - WEB-Marktplattform für Transparenz, Abrechnung und Auswertetools Umsetzung im Feldtest 2011/ Einbau von Smart Meter und Energiemanager BEMI - Bonussystem über Netzbetreiber - Preisbildung anhand der Residualen Last - Abrechnung über die Marktplattform

21 Beispiel: Preisvariabler Tarif Zeitreihe preisvariabler Tarif Zeitreihe Residuale Last

22 Bürgerbefragung zu erneuerbaren Energien von April bis Juli 2011 (FG UPSY) Infostand der Forschungsgruppe Umweltpsychologie bei 3 Veranstaltungen zum Thema Energieversorgung Austeilen von Fragebögen zur Akzeptanz regionaler erneuerbarer Energieanlagen, Bürgerbeteiligung und RegModHarz Fotoausstellung zu Erneuerbaren Energieanlagen der Region und Diskussion mit BürgerInnen Fotos: Eventbild24.de Fotograf R. Göttel Im Rahmen des SEC-Projektes (Energy Sustainable Community), welches das RegModHarz-Projekt sozialwissenschaftlich begleitet

23 BEMI-Feldtest Konzept für Befragung Vorher-Nachher-Befragung aller 46 Testhaushalte x 46 Fragebögen vor Installation des BEMIs und am Ende des 12-monatigen Feldtests, ca. 30 min. ca.10 Interviews mit ausgewählten Haushalten während des Feldtests, ca. 45 min. Befragung der Person im Haushalt, die für Energie zuständig Installation der Smart Meter Installation der BEMIs BEMI-Feldtest Schriftliche Befragungen Interviews Anonymisierte Befragung mit vergleichbaren Codes

24 Showcase Marktplattform & GM1 Identifikation der Bürger mit RegModHarz als Forschungsprojekt mit direktem Alltagsbezug Motivation der Bevölkerung, ihren Beitrag zu leisten Hebung und Aufklärung des Potenzials zur Lastverschiebung bei Haushalten und Betrieben Darstellung und Vermittlung des Innovativen regionalen Stromtarif aus erneuerbaren Energien Transparenzinformationen zu Tarif und Verbrauch im personalisierten Kundenbereich Zeigen, welche Möglichkeiten die Transparenzinformationen zur Stromzusammensetzung bieten Christina Volkert CUBE Showcase Marktplattform & GM

25 Energiewirtschaft / Geschäftsmodelle / Marktplatz Prognosen EE-Erzeugung Last Wärme Strompreis Netz VNB Marktplatz Anbieter Anlagenbetreiber Broker Vertrieb Marktplattform Geschäftsmodelle dynamische Tarife Direktvermarktung Pooling Verbraucher Haushalte Industrie Gewerbe Anlagen betreiber ÜNB Speicher Produkte Primärregelung Sekundär -regelung Minuten -reserve SDL Strombörse Spot / Intraday OTC Ökostrom anbieterspezifischer Informationsfluss Marktkommunikation Informationsfluss über Marktplatz / IKT

26 Energiewirtschaftliche Simulationen für Geschäftsmodelle Weiterentwickelte Software zur Analyse und Bewertung von Vermarktungsoptionen von einzelnen Tagen bis zu mehrere Jahren.

27 EE Durchschnittsvergütung und Marktwert 2008 im LK EEX Base 6,57 Vergütung EEG/KWKG: 46,4 Mio EUR, Börsenwert EEX ,5 Mio EUR Folie 27 Peter Ritter CUBE Engineering GmbH

28 Simulationen EEG 2012 Referentenentwurf Drei Formen der optionalen Direktvermarktung nach EEG Nr. 1: Marktprämie 33 Nr. 2: Grünstromprivileg 33 Nr. 3: sonstige Direktvermarktung CUBE Konsortialtreffen 06./ , QLB Seite 28

29 Beispiele Simulation zur Marktprämie - Ergebnisse 1. Jahr Ergebnisse für Windpark mit 30 MW Produktion MWh Einnahmen Börsenvermarktung: T Marktprämie: T Managementprämie: 595 T Aufwendungen Ausgleichsenergie: 435 T -188 T Einnahmen) 247 T (5% d. Handel & Prognose 52 T Personal&Büro 24/7/ T Zusatz WEA 0,25ct/kWh 124 T Kapitaldienst 59 T Ergebnisse für Windpark mit 300 MW Produktion MWh Einnahmen Börsenvermarktung: T Marktprämie: T Managementprämie: T Aufwendungen Ausgleichsenergie: T T T Handel & Prognose 591 T Personal&Büro 24/7/ T Zusatz WEA 0,25ct/kWh 1239 T Kapitaldienst 595 T Betriebliches Ergebnis Betriebliches Ergebnis mit Marktprämie: T mit Festvergütung: T T mit Marktprämie: T mit Festvergütung: T +224 T

30 Simulation Flexibilitätsprämie Beispiel Biogasanlage 2x500kW

31 Simulation Grünstromprivileg Windpark mit Wasserkraft Seite 31

32 Phasor Measurement Units (PMU) zeitsynchrone Messung von: Ziel: Beobachtbarkeit des Netzes - Frequenz - Spannung - Strom PMU Überwachung -Systemzustand innerhalb von Millisekunden ermittelbar -Voraussetzung für Verbesserung der Versorgungssicherheit Auswertesoftware

33 Einbindung von Phasor Measurement Units PMU 7 PMU 8 UW 3 PMU 3 PMU 4 UW 2 PMU 5 PMU 6 UW 4 PMU-Installation in einem Umspannwerk der Modellregion PMU 1 PMU 2 UW 1 A PMU 9 PMU 10 UW 1 B Verbesserung der Beobachtbarkeit des Netzes Erfassung von Teilnetzen Messungen an den Grenzen des Netzgebietes bzw. Übergängen zu anderen Netzen Erfassung der Power Quality Aspekte (EN 50160)

34 Netzsimulationen Offline Simulation (basiert auf Leitszenarien) Einfluss von erneuerbaren Erzeugern auf Netzzustand (DIN EN 50160) Variantenrechnung Wirksamkeit des Netzsicherheitsmanagements Zuverlässigkeitsanalyse des elektrischen Netzes Dynamische Analyse des elektrischen Netzes (z.b. Inselbildung) Online Simulation Gekoppelte Simulation von Kommunikation und elektrischen Netzen Online Netzzustandsmonitoring

35 Netzsimulationen Simulationsszenarien für 2008 und 2020, Szenario bei 100% regenerativer Erzeugung (Jahresenergie) anhand realer und Prognose- Lastprofilen - mit veränderlichen Erzeuger- und Lastanteilen je Leitszenario - Untersuchungen hinsichtlich der Betriebsmittelauslastungen NETZ MODELL Einfluss von Freileitungsmonitoring auf den Netzbetrieb

36 Virtuelles Kraftwerk/Leitwarte Demonstration des VK Harz Umsetzung von Betriebsführungskonzepten Inhaltliche Ziele des Show Case: Darstellung des Monitoring und des Energiemanagements des VK Harz Betonung der Bedeutung von guten Prognosen für das Energiemanagement dem Intraday Markt im Zusammenhang mit Kurzfristprognosen

37 Phasor Measurement Units (PMU-Feldtest) Ziel des Showcases: Messwerterfassung durch die Phasor Measurement Units (PMU) Informative Darstellung (in benutzerfreundlicher Web-Applikation) der aufbereiteten Messwerte Geplante Szenarien: Szenario 1 - Zielgruppe: Netzbetreiber detaillierte Informationsbereitstellung über Messwerte vorgesehen (zeitsynchron gemessenen Verläufe der Spannungsamplituden und Winkel) Szenario 2 - Zielgruppe: LKH Bewohner Öffentliche Darstellung des Energieimports und -exports an den Koppelstellen zu der betrachteten Region Szenario 3 - Zielgruppe: Jeder Interessierte Vereinfachte, öffentliche Darstellung der PMU-erfassten Messungen

38 Dynamische Einbindung dezentraler Energieanlagen Dynamische Einbindung dezentraler Energieanlagen mit IKT Gateway Hohe Dynamik erfordert automatische Einbindung von Anlagen Plug & Play statt Engineering Umgang mit unzuverlässigen Anlagen und Kommunikationswegen Nutzung von IEC und von Web Technologien Inhaltliche Ziele Automatische Registrierung des IKT Gateways einer dezentralen Energieanlage Austausch der notwendigen Zertifikate Automatische Einbindung der Anlage in den Betrieb des virtuellen Kraftwerks

39 Biogasanlage Demonstration des Zusammenspiels zwischen Biogasanlage (BGA) und VK Umsetzung von Betriebsführungskonzepten Inhaltliche Ziele des Show Case: Darstellung der Möglichkeiten der flexiblen Stromproduktion von bestehenden Biogasanlagen Darstellung der Integration von BGA in ein VK Betonung der Bedeutung der Flexibilisierung der Stromerzeugung aus Biomasse in zukünftigen Energieversorgungsstrukturen

40 Showcase 7: E-Kfz lädt Energie aus lokaler erneuerbarer Erzeugung Steuerung des Verbrauches (mobilen Speicher) über Preissignale Hebung des Potenzials zur Lastverlagerung mittels E-Kfz Darstellung der Zusammenhänge/Zusammenarbeit zwischen VK und E-Kfz (Nutzung erneuerbare Energien, Speicherverfügbarkeit für virtuelle Kraftwerk) Zwei Vorgehensweisen: I Simulationstechnische Umsetzung II Hardwaretechnische Umsetzung

41 Windstromvermarktung mit verschiedenen Prognosen Inwieweit verbessern Kurzfristprognosen das Ergebnis der Windstromvermarktung an den Spotmärkten? Wie steigen die Einnahmen bei einer Verbesserung der Prognose?

42 Bereitstellung von Minutenreserve durch E-Kfz Kfz-Pools in einer Kernstadt und im ländlichen Kreis bieten Regelleistung von 0 4 Uhr an Vergleich mit alternativen Vermarktungsstrategien günstigste Kilometerpreise auf Basis zeitvariabler Tarife (EPEX Day- Ahead Preise)

43 Regelleistung durch Virtuelle Kraftwerke mit Wind Vergleich verschiedener Szenarien um den Einfluss der Zusammensetzung des Virtuellen Kraftwerks und der Vermarktung an den verschiedenen Spotmärkten auf das Regelleistungsangebot zu untersuchen. Unter den jetzigen Rahmenbedingungen macht die Regelleistungsbereitstellung mi Wind keinen Sinn.

44 Speicher: Sekundärregelleistung oder Prognosefehler Windprognosefehler (Landkreis Harz, 150 MW) führen zu Kosten bzw. Einnahmen in Abhängigkeit des Regelzonenbilanz (50Hertz T) nicht planbar Optimaler Einsatz von Stromspeichern wurde für 2008 untersucht: Monatsweise Ausgleich von Prognosefehler oder Sekundärregelleistung P(minimum costs) [%] Months P (minimum costs) [%] Costs reduction [%] Costs reduction [%] Bei Folgetagsprognosen liegen die optimalen Speichergrößen zw. 0 und 12 % der inst. Windleistung Bei Kurzfristprognosen ist die optimale Speichergröße 0 % der inst. Windleistung Vermarktung von Wind mit Kurzfristprognosen Prognosefehlerausgleich durch Speicher führt zu erheblichen Opportunitätskosten

45 Lastprognose Autoregressives Modell mit externen Variablen: lineare Regression anhand historischer Last- und Temperatur-daten sowie kalendarischer Variablen getrennte Modelle für jede Uhrzeit Prognosequalität sinkt deutlich mit wachsendem Prognosehorizont Innertägige Prognosen erheblich besser als mehrtägige Kalendarische Variablen: sehr starker Einfluss Einfluss der Temperatur gering bis vernachlässigbar

46 Zusammensetzung der VK Kleines VK Installierte Leistung [MW] Großes VK Installierte Leistung [MW] 10,36 7,28 150,57 Windkraftanlagen Photovoltaikanlagen Biogaskraftwerke 10,36 9,58 7,20 14,71 150,57 Windkraftanlagen Photovoltaikanlagen Wasserkraftwerke Biomassekraftwerke KWK-Anlagen Pumpspeicherwerk 72 MW Pumpen 80 MW Turbinen Konstante Gaserzeugung = 1/2 Nennleistung Gasspeicher = 12 Stunden Betrachtung eines Monats (November 2008) Basisszenario: Szenario 1.1 Vermarktung am DA-Markt basierend auf Wind- und PV Prognosen Fahrplan Prognosefehler Ausgleichsenergie (AE) Szenario 1.2 Wie Szenario 1.2, aber mit IA Unbegrenzte Brennstoffverfügbarkeit Betrachtung eines Jahres (2008) Basisszenario: Szenario 2.1 Vermarktung am DA-Markt mit IA Szenario 2.2 Fahrplankorrektur am ID-Markt Szenario 2.3 Spekulation mit dem Ausgleichsenergie-Preis RegModHarz Raphael Spiekermann IWES Seite 46

47 Ergebnisse kleines VK 383 MWh MWh Fazit IA lohnt sich für BGK aus finanzieller Sicht nicht (Achtung: Hier konstante Gaslieferung und Betrachtung nur eines Monats (November 2008)) RegModHarz Raphael Spiekermann IWES Seite 47

48 Ergebnisse großes VK Fazit Spekulation mit dem AE-Preis kann sehr lohnenswert sein, ist aber risikobehaftet Hohes Einsparpotential wegen hoher Erzeugungskosten nicht ohne weiteres auf andere VK übertragbar! Optimierungspotential, besonders bezüglich des Spekulationsrisikos RegModHarz Raphael Spiekermann IWES Seite 48

49 Die Projektpartner der RegModHarz bedanken sich für Ihre Aufmerksamkeit