power-to-(district)heat: Erste Betriebs- und Einsatzerfahrungen

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1 1. Praxis-und Wissensforum Fernwärme/ Fernkälte 19. Wärmeerzeugung Oktober 2015 & KWK AIT, Wien power-to-(district)heat: Erste Betriebs- und Einsatzerfahrungen Dr.-Ing Jens Kühne, AGFW Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e.v., Frankfurt

2 AGFW-Definition von Power-to-Heat» Power-to-Heat wird hier verstanden als großtechnische, zentrale Umwandlung von elektrischem Strom in Wärme eingebettet in einen multivalenten Erzeugungspark optionale Nutzung verschiedener Brennstoffe (erneuerbar oder fossil) und/oder Strom vorzugsweise Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, die den Brennstoff hocheffizient in Strom und Wärme umwandelt» Beispiele für solche Rahmenbedingungen sind fernwärmebetreibende Stadtwerke, die ihren KWK-basierten Kraftwerkspark durch einen Elektroheizer ergänzen. AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 2

3 » Einleitung AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 3

4 Argumente für Stromheizungen mit der Zeit» Stromheizungen 1950/60er Alternative zu Öfen mit Kohle und Öl Minderung von Staub- und Geruchsbelästigung Minderung von Brennstofflagerraum Stromleitungen statt Wasserleitungen» Nachtspeicheröfen/Elektrokessel 1970/80er Ölkrise 1973 Ausbau großer Kernkraft- und Kohlekraftwerke Vergleichmäßigung der Grundlast-Stromabnahme durch Pufferung in der Nacht Selbstbestimmung der KW-Betreiber wann Strom erzeugt wird» Aufhebung des Nachtspeicherofen-Verbot / Ausbau von FW- Elektrokesseln Integration Erneuerbarer Energien Nutzung überschüssigen Stroms aus EE-Anlagen Speicherung Erneuerbarer Energie in Wärmeanwendungen AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 4

5 Power-to-Heat-Anlagen in Deutschland Betreiber Standort Elektrische Leistung (MW) E.on Ruhrenergie Herne (Shamrock) 60 EnBW Altbach-Deizisau 60 EnBW Heilbronn 100 ENRO Ludwigsfelde Ludwigsfelde 15 EVO Offenbach Offenbach 10 HKW Mainz- Wiesbaden Mainz 20 SW Flensburg Flensburg 30 SW Forst Forst 0,55 SW Lemgo Lemgo 5 SW München München 10 SW Schwerin Schwerin 15 SW Tübingen Tübingen 5 VVS Saarbrücken Saarbrücken 10 FHW Neukölln Berlin-Neukölln 10 N-ERGIE Nürnberg 50 Gesamt in Betrieb 445,55 AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 5

6 » Vier alternative Power-to-Heat Technologien Elektrodenkessel - Reine Widerstandsheizung - Kapazitäten ab rd. 10 MW - Elektrischer Anschluss von 6 bis 15 kv - Temperaturen bis zu 130 C - Drücke zwischen 30 und 50 bar - Anbieter u.a.: BVA Elektrokessel (Averhoff Energie Anlaeg), PARAT (DK), Zander & Ingeström AB Elektrische Strömungserhitzer Power-to-Heat Technologien - Rohrheizkörper (Tauchsiederprinzip) - Kapazitäten von 50 kw bis 15 MW - Elektrischer Anschluss von 230 bis 690 V - Drücke bis 50 bar - Anbieter u.a.: Klöppertherm, Ohmex, Schniewindt, Elmess, Cromalox Großwärmepumpe Kompressionskältemaschinen /kw (komplett) Thermische Speicher sind zu empfehlen!!! AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 6

7 AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 7

8 » Power2Heat - Vermarktung am Regelenergiemarkt AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 8

9 Regelenergiemarkt» Regelleistung in Deutschland in allen Spannungsebenen 50 Hz Stromabnahme Stromerzeugung Quelle: regelleistung.net AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Quelle: regelleistung.net Seite 9

10 Aktuelle Vermarktungswege» Negative Regelenergie als Sekundärregelenergie (SRL) oder Minutenreserve (MRL) + Interessantes Modell aufgrund Kombination Arbeits- + Leistungspreis + Möglichkeit zur Einpreisung der Umlagen, Entgelten und Steuern in Arbeitspreis + Basisvergütung für die Leistungsbereitstellung durch Leistungspreis bei Zuschlag - Automatischer Abruf durch den Netzbetreiber (Vorhaltung einer Wärmesenke) - Begrenztes Marktvolumen (SRL ca. +/- 2,1 GW) - Schwankende Arbeitspreise (neg. SRL: /MWh) und Leistungspreise (neg. SRL: /MW/Woche) - Keine gleichzeitige Vermarktung der Kapazität am Regelenergiemarkt und Spotmarkt - Netzentlastung nur bei Arbeitsabruf möglich AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 10

11 Negative sekundäre Regelenergie AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 11

12 Mittlerer wöchentlicher LP negative SRL 2015 AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 12

13 Mittlere Arbeitspreise neg. SRL 2015 AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 13

14 » Speicherung von Überschussstrom in Fernwärmesystemen AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 14

15 Definition von Überschussstrom und dessen Auswirkungen geplant Spothandel day-ahead / intraday negative Preise Angebot > Nachfrage deutschlandweit Überschussstrom regional ungeplant lokal / regional Verteilnetz Regelenergie day-after-handel negative Regelenergie Netzengpass überregional Übertragungsnetz Einspeisemanagement Bilanzkreismanagement Auswirkungen/ Maßnahmen AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 15

16 Häufigkeit von Überschussstromsituationen» Abschätzung der Häufigkeit anhand von Maßnahmen zum Einspeisemanagement» Fakten zu Ausfallarbeit im Jahr ,44 % Anteil an gesamter EE-Einspeisung Windanlagen hatten einen Anteil von 87 %, Solaranlagen 12 % nur 2 % im Übertragungsnetz, 98 % im Verteilnetz 43,7 Mio. an Entschädigungszahlungen, aber 27 % noch nicht beantragt (~ 60 Mio. ) Quelle: Monitoringbericht 2014, BNetzA AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 16

17 Möglichkeiten der Nutzung in leitungsgebundener Wärme-/Kälteversorgung» Abschätzung des Potentials zur Aufnahme der Überschussstroms in Fernwärme- und Fernkältenetze Die Wärmenetzeinspeisung 2013 in deutsche Fernwärmenetze lag bei rund GWh Die durch Einspeisemanagementmaßnahmen (EMM) abgeregelte Überschussstrommenge von 554,8 GWh beträgt nur rd. 0,6 %» Leistungsspezifische Abschätzung Aufstellung der von EMM betroffenen Bundesländer Anzahl Wärmenetze Heizleistung (GW) SH NI MV BB HH B HB Gesamt ,11 2,67 1,08 1,51 3,45 5,88 0,8 17,5 Quelle: AGFW-Hauptbericht 2013 Bei Deckung von 5 % der Spitzenleistung durch eine Power-to-Heat-Anlage mit 500 Betriebsstunden pro Jahr kommt man in die Größenordnung der EMM- Ausfallarbeit von 450 GWh AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 17

18 Regulatorische Rahmenbedingungen» Gesetze und Verordnungen, die beim Thema Überschussstrom wichtig sind Stromseitig - Energiewirtschaftsgesetz Offshore-Haftungsumlage - Erneuerbare-Energien-Gesetz EEG-Umlage - Stromsteuergesetz Stromsteuer - Stromnetzentgeltverordnung Stromnetzentgelt, 19-Umlage - Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz KWK-Umlage - Konzessionsabgabenverordnung Konzessionsabgabe Wärmeseitig - Erneuerbaren-Energien-Wärme-Gesetz Stichwort Primärenergiefaktor - Energieeinsparverordnung» All diese Rahmenbedingungen beeinflussen die Nutzung von Überschussstrom in Power-to-Heat-Anlagen sehr stark AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 18

19 Regulatorische Rahmenbedingungen» Umlagen, Steuern, Netzentgelte auf überschüssigen Strom Stromsteuer 20,50 /MWh 19 Umlage 1,51 /MWh Konzessionsabgabe 1,10 /MWh KWK Umlage 0,50 /MWh Stromnetzentgelt 25,20 /MWh EEG Umlage 62,40 /MWh Summe aller Umlagen: 111,21 AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 19

20 Aktuelle Vermarktungswege» Vermarktung am Spotmarkt anlegbarer Wärmepreis rd. 40 /MWh EEX-Preisverlauf (2014) stundenscharf ca h wirtschaftlicher Betrieb zzgl. Stromnetzentgelte rd. 20 /MWh ca. 650 h wirtschaftlicher Betrieb zzgl. Stromsteuer 20,50 /MWh ca. 34 h wirtschaftlicher Betrieb EEG-Umlage (2014) 62,40 /MWh 0 h wirtschaftlicher Betrieb zzgl. EEG Umlage zzgl. Stromsteuer zzgl. Netzentgelte EEX Preis anlegbarer Wärmepreis /MWh AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 20

21 » Politische Forderungen AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 21

22 Politische Forderungen» Power-to-Heat im Zusammenhang mit KWK-geführten Fernwärmesystemen ist eine hocheffiziente, marktreife, kostengünstige, umweltschonende, verfügbare und unkomplizierte Speichertechnik für Überschussstrom aus Erneuerbaren Energien ist ein sinnvoller Weg, um die Energiewende in den Wärmemarkt zu bringen leistet derzeit durch die Teilnahme am Regelleistungsmarkt bereits einen Beitrag zur Energiewende ist keine Exergieverschwendung, sondern spart Primärenergieträger ein schlägt eine Brücke um den Netzausbau vorerst zu entlasten AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 22

23 Politische Forderungen» Klare Definition von Überschusssstrom Regionale/lokale Netzengpässe im Verteilernetz, welche durch erneuerbare Energien verursacht werden; Überregionale Netzengpässe im Übertragungsnetz, welche durch erneuerbare Energien verursacht werden; Übermäßige Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, welche die Stromnachfrage übersteigt» Definition von Netzdienlichkeit» Bei Nutzung von Überschussstrom in P2H-Anlagen fordern wir Befreiung von Stromnetzentgelten EEG-Umlagenbefreiung Anpassung der Stromsteuer Korrektur bei Berechnung des Primärenergiefaktors der Fernwärme Forderung nach einem Marktmechanismus für die Nutzung von EE- Überschussstrom Anpassung aller weiteren Abgaben und Umlagen AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 23

24 Zusammenfassung und Fazit» Verschiedene Technologien können für Power-to-Heat in FW- Systemen eingesetzt werden E-Kessel, E-Heizer, Großwärmepumpen, Kompressionskältemaschinen» Negative Regelenergie (SRL/MRL) sind derzeitig einziger Markt für Power-to-Heat Preisverfall des Leistungs- und Arbeitspreises macht den Markt zunehmend unattraktiv» Angebot zur Aufnahme von Überschussstrom Regulatorische Rahmenbedingungen verhindern wirtschaftlichen Einsatz AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 24

25 Noch Fragen? AGFW Der Donnerstag, Energieeffizienzverband 20. Dezember 2012 für Wärme, Kälte und KWK e. V. Seite 25