Einbindung von Wärme und Strom in ein multimodales Energiesystem aus Systemsicht

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1 Einbindung von Wärme und Strom in ein multimodales Energiesystem aus Systemsicht - Sektorenkopplung zwischen Strom- und Wärmemarkt - Städtische Wärmeinfrastrukturen zur Speicherung von Windstrom und PV Jubiläum Fachgespräch "Neue Erzeugungs- und Netzstrukturen" Dr. Andreas Schnauß Vattenfall Europe Wärme AG

2 Sektorenkopplung: Strom und Wärme zusammen denken KWK und Power to Heat Verbraucher Last Wind- Einspeisung Netzlast und Windenergieeinspeisung Übertragungsnetz 50Hertz ( ) Quelle: 50Hertz 35% EE-Stromprofil Power [MW] KWK-Fenster Stromheizfenster Power2DistrictHeat Wind-Erzeugung > Verbraucherlast Seltene Überschüsse von Erneuerbarer Stromproduktion für den Wärmemarkt verwendbar Nutzen statt Abregeln Date Hohe fossile Residuallast: Heizen aus fossiler Stromerzeugung hier möglichst nicht aus/mit Strom heizen KWK für Strom- und Wärmeerzeugung

3 MW In bestimmten Netzregionen treten Stromnetzengpässe auf, infolge dessen vermehrt EE abgeregelt werden muss - Beispiel 50 Hertz Regelzone Sehr hohe kurzzeitige Spitzen Quelle: 50Hertz

4 Das System aus KWK und P2DH (Power2DistrictHeat = Power to Fernwärme) bietet umfangreiche Flexibilitätsoptionen Strom-Schaltzustände Fahrweise Erzeugen ins Stromnetz KWK-Stromproduktion: Effiziente und CO2-arme Strom- und Wärmeproduktion Zuverlässige Stromleistung im Winter (ohne PV und Wind) oder bei dunklerer Flaute / Zeiten ohne EE-Überschüsse Regeln/ Neutral 0 Keine Stromeinspeisung: KWK-Strom nicht erforderlich Wärmenutzung aus Wärmespeicher Verbrauchen aus Stromnetz P2DistrictHeat - Erneuerbare Stromnutzung: Nutzung von Überschussstrom aus Wind und Photovoltaik

5 Power to Fernwärme Überschüsse nutzbar - aber keine Notwendigkeit des Heizens zu Zeiten hoher sonstiger Stromverbräuche und wenig Erneuerbare PV und Wind Power to Fernwärme in Verbindung mit KWK-Anlage Normales Heizprofil = Zwangsnutzung von konventionellem Strom Nein, da KWK nutzbar Nutzung von Überschussstrom Wind und PV Wärmepumpe Ja Wenig PV Nachtstromspeicherheizung Ja Kein PV Power to Fernwärme hat das höchste smarte Potential unter den Power to Heat Alternativen

6 P2DH (Power to Fernwärme): Erneuerbare für städtische Gebäude bringt Erneuerbare Energien in den städtischen Gebäudebestand Wind und PV zu (Fern-)Wärme funktioniert mit Wind und PV ( Multi-Erneuerbar ) ist die moderne Nutzung der Solarenergie in der Wärme: Photovoltaik - PV aus der gleichen Stadt - PV aus dem Umland - PV aus Süddeutschland

7 Smarter Einsatz: Demand Side Management mit Netzengpassbewirtschaftung mit P2DH Netzengpassbewirtschaftung = (nur) die E-Heizer verwenden die im Netzengpassgebiet des Überschussstroms liegen: Smarter Einsatz - intelligente Sektorenkopplung! Netzengpassgebiet (variiert zeitlich und örtlich) Koordination mit Stromnetzbetreiber zum Einsatz des EE-Heizers statt die Windanlagen/PV EnWG 13 (2) abzuregeln Fernwärme mit den angeschlossenen Gebäuden P2DH Nutzen statt Abregeln beseitigt aber keine Netzengpässe Netzausbau weiter erforderlich

8 GW Sektorkopplung : Skalenbeispiele am Beispiel Berliner Energiesystem Berliner Stromverbrauchslast während eines Jahres 2,5 Berliner Wärmelast (Öl,Gas, FW, ) 2,0 Strom-Höchstlast ~2.400 MW el Wärmehöchstlast (Öl,Gas, FW, ): ca MWth 1,5 Wärme-Sommerlast (Öl, Gas, FW, ): ca MWth 1,0 Strom-Min-Last ~1.000 MW el 0,5 0,0 Quelle: J JZeitreihen F von MNetzlast, A Bezug M ÜNB und J Netzeinspeisung, J A VE S Distribution O NBerlin 2011 D D 100 MW Power to Heat erhöht die Stromaufnahmemöglichkeit Berlins um ca. 10%! in Schwachlaststromzeiten z.b. während nächtlicher Sturmfront oder sonniges Pfingstwochende. Power to Heat bringt relativ große zusätzliche Stromverbrauchsleistung Koordinierung im Engpassgebiet mit und durch ÜNB/VNB erforderlich

9 Demand Side Management mit Power2DistrictHeat: So bekommt man viele Haushalte smart P2DH - Leistung Winter Smarte Wärme für Sommer Haushalte Haushalte je 100 MWel/th Einwohner Einwohner P2DH bringt Wind und PV in die Haushalte der Städte durch zentrales Demand Side Management 100 MW Power to Fernwärme entspricht Lastmangement von - bis zu Wärmepumpen in EFH im Winter bzw im Sommer - ca Kühlschränke

10 Sektorenkopplung zwischen Strom- und Wärmemarkt Dr. Andreas Schnauß Vattenfall Europe Wärme AG

11 Der Wärmemarkt und insbesondere der städtischer Gebäudebestand tut sich bei Erneuerbaren relativ schwer Stadt: Wenig Erneuerbare in der Wärme Solarthermie Biomasse Wärmepumpen Deutschland 12% Städte Berlin Potsdam München Leipzig Dresden Solarthermie + Biomasse/Pellet + Wärmepumpen in der Objektversorgung ohne Fernwärme 1% Anteil EE in der Wärme Grund: Städtische Besonderheiten Solarthermie: Nur begrenztes Dachflächenpotenzial im Vergleich zur Geschossfläche Wärmepumpen: Geringe Bodenflächen im Vergleich zu den Geschossflächen, teilweise Grundwasserprobleme und wenig Flächenheizungen (Fußbodenheizungen) im Gebäudebestand Biomasse: Feinstaubund NOx Problematiken sowie Antransport im städtischen Bereich Konsequenzen für das Potenzial EE-Wärme Relativ geringe Potentiale für Solarthermie Nur eingeschränkte Möglichkeiten für (Erd)wärmepumpen Kleinere Biomasseanlagen (feste Biomasse) erschwert

12 Volatiler Wind- und PV-Strom als Chance für den Wärmemarkt Strom und Wärme zusammen denken Strom (30% EE): Wasser, Wind und PV stehen zur Verfügung Wärme (12% EE): Wind Windwärmeturbinen gehen nicht Windstrom zu (Fern)wärme Wasser PV Wasserwärmeturbinen gehen nicht Solar- und Heizungsprofil korrelieren wenig (Solarthermie = 4%) PV-Strom zu (Fern)wärme Biomasse Andere Anteile erneuerbarer Stromerzeugung Biomasse = Haupt EE im Wärmemarkt (ca. 90%) Wärmepumpen 5% Wärmemarkt muss Erneuerbare aus dem Strom nutzen und auch auf Effizienz der Wärmeerzeugung (= KWK) setzten 12

13 Smartes System mit Power to Fernwärme 1. Smarte Technik an den richtigen Stellen im Stromnetz/Deutschland aufbauen: Power to Fernwärme Anlagen sollten insbesondere in den Netz-Regionen mit hohen Anteilen Erneuerbarer Energien aufgebaut werden - dort werden Überschüsse auftreten Fördergelder sollten auf diese Regionen fokussiert werden / Überschuss-Stromnutzung ergibt aktuell keinen Business-Case 2. Smarter-Einsatz/Betrieb durch Koordination/Abstimmung mit den Stromnetzen IT-Einbindung des E-Heizers auf der Stromwarte (ÜNB/VNB) Abgestimmter Einsatz (Anwerfen und Ausschalten) Kommunikation erfolgt bilateral zwischen ÜNB/VNB und Power to Fernwärme Betreiber Überschussnutzung nur für diejenigen E-Heizer, die in dem jeweiligen Netzengpassgebiet liegen 3. Bilanzierung des smarten Einsatzes Bilanzierung/Testat durch Netzbetreiber (kostenpflichtig für PtH Anwender pro Anlagenstandort) Menge des aufgenommenen EE-Überschussstroms ( 13.2 ) pro PtH-Standort

14 Stunden eines Tages Stunden eines Tages KWK KWK Stunden eines Tages Stunden eines Tages PV PV to DistrictHeat Wind Stunden eines Tages Stunden eines Tages Wind to DistrictHeat Zusammenspiel Strom- und Wärmemarkt mit PV, Wind und KWK und Power to Fernwärme Einspeisung PV Nachfrage nach Strom (Last) Nachfrage nach Wärme Monate eines Jahres Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monate eines Jahres Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Stromverbrauch Höchstlast PV Monate eines Jahres Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmeverbrauch = KWK- Erzeugungsprofil Vattenfall-Vortrag-Handelsblatt-V1.pptx Einspeisung Windenergie Nachfrage nach Strom (Last) Nachfrage nach Wärme Monate eines Jahres Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wind Monate eines Jahres Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Höchstlast Stromverbrauch Monate eines Jahres Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Wärmeverbrauch = KWK- Erzeugungsprofil Wind zu Fernwärme

15 Nutzung der KWK zur Stromerzeugung bei wenig Wind und Sonne Normales Windaufkommen Stromnetz Brennstoff KWK Anlage KWK-Wärme Fernwärme Wärmespeicher Elektro- Kessel

16 Integration von Erneuerbaren Energien durch Power to Fernwärme und Wärmespeicher Sehr hohes Windaufkommen Stromnetz Freigabe durch Stromnetzbetreiber zum Einsatz des Windheizers statt die Windanlagen abzuregeln Brennstoff KWK Anlage Brennstoff wird gespart (bleibt im Gasnetz oder auf dem Lagerplatz) Primärenergieeinsparung oder indirektes erneuerbares Gas Fernwärme Wärmespeicher Strom Elektro- Kessel Elektro-Wärme

17 P2DH (Power to Fernwärme): der smarte grüne Tauchsieder sehr flexibel: in 5-6 min auf Volllast abfahren von Windspitzen Leicht zwischen Netzbetreiber und P2DH-Betreiber zu koordinieren Hohe Stromnetz-Spannungsebenen wenig Verteilnetzauswirkungen Fernwärmeversorgte Gebäude erhalten erneuerbares Demand Side Management

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