Regionale Ausbalancierung der regenerativen Erzeuger, Speicher und Verbraucher. Virtuelles Kraftwerk

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1 An European project supported within the 7th framework programme for Research and Technological Development Regionale Ausbalancierung der regenerativen Erzeuger, Speicher und Verbraucher Virtuelles Kraftwerk

2 Aktuelle Situation: Was heißt regional? 00

3 Definition eines Smart Grids Smart Grids sind intelligente Stromnetze, die durch ein abgestimmtes Management mittels zeitnaher und bidirektionaler Kommunikation zwischen Netzkomponenten, Erzeugern, Speichern und Verbrauchern einen energie- und kosteneffizienten Systembetrieb zum beiderseitigen Nutzen unterstützen. Aber: Nicht nur Strom! Quelle: smartgrid.ieee.org

4 Ausgangslage: Steuerbare Lasten, Speicher und Erzeuger Erzeuger: 6 PV-Anlagen 3 Windparks 5 BHKW (Biogas und Erdgas) 2 Wasserkraftwerke Verbraucher: Wärmepumpen & Nachtspeicherheizungen Haushaltskunden (rot/grün Phasen) Speicher: 2 Redox Batterien 100 kwh 10 Li-Ion Batterien 5 kwh Quelle: web2energy.com

5 Planung: Fahrplan für Folgetag Bis 08:00 Uhr Prognosen Lastverlauf Haushaltskunden Gewerbekunden Industriekunden Erzeugung PV Wind Wasserkraft Wärmebedarf BHKW Speicherfüllstände Basis Vergangenheit Wetterprognosen Bis 11:00 Uhr Strommarkt Optimierung Kostenoptimaler Ausgleich aller Lasten mit Erzeugern, Speichern und Zu- bzw. Verkauf am Spotmarkt Berücksichtigung von Verfügbarkeiten, Netzrestriktionen, Fähigkeiten der Anlagen Einplanen von Reserven für Abweichungen Basis Prognosen Preisannahmen Bis 14:30 Uhr Fahrplanabgabe Ab 11:30 Uhr Zuschläge Spotmarkt Inzwischen aktualisierte Prognosen Erneute Gesamtoptimierung Abgabe des verbindlichen Fahrplans für den Folgetag bis 14:30 Uhr Basis Weiterhin Annahmen für den Folgetag

6 Zwei Sichtweisen: Bilanzkreis und Netz Technisch / Netz ÜNB Bilanziell / Handel Märkte / Börse Netzleitwarte Sieht alle Verbraucher, Einspeiser und Speicher im Netz Lastprognose für das gesamte Netzgebiet Verhinderung von Überlastungen Minimierung von Verlusten Bilanzkreis / Handel Sieht nur seine Kunden Prognose nur für eigene Kunden Kostenoptimale Versorgung seiner Kunden Verbraucher: Haushaltskunden (SLP) Leistungsgemessene Kunden Erzeuger Kleine Erzeuger wie negative Lasten

7 Fahrpläne für den Folgetag Für Handel / ÜNB: Saldo aller Ein-/Verkäufe, Prognose Last und Prognose Erzeugung Drei Zeitreihen in 15-Minuten-Auflösung Für das Virtuelle Kraftwerk: Einzelne Fahrpläne für jeden Erzeuger, jede Verbrauchergruppe und jeden Speicher Viele Detaildaten in 15-Minuten-Auflösung

8 Keine Prognose ist perfekt Jede Prognose hat einen Fehler: Wetterprognosen ungenau Verbraucher verhalten sich anders Ausfall von Erzeugern, etc. Je kürzer die Prognose desto kleiner der Fehler. Beispiel: Wolkenfront stärker als prognostiziert Reparatur BHKW (1 h) Infos am Vortag um 18:00 Uhr Fahrplan bereits abgegeben

9 Umgang mit Prognosefehlern Frage: Wie auf die erkennbaren Abweichungen reagieren? Variante 1: Nichts tun Das Übertragungsnetz gleicht aus Ausbalancieren im Großen (BRD / Europa) Kosten: rebap (regelzonenübergreifender einheitlicher Bilanzausgleichsenergiepreis) ( ) Forecast Real values Deviation Variante 2: Selber handeln Die eigenen Reserven nutzen Ausbalancieren auf lokaler Ebene Entlastung der überlagerten Ebenen Kalkulierbare Kosten Geschäftsmodell: Mit eigenen Ressourcen günstiger als der rebap sein ( ) Forecast Real values Deviation

10 Geänderte Fahrweise BHKW Eberstadt W irkleistung [MW ] 0,75 0,50 0,25 Verfügbarkeit 91.Demonstration BHKW / operation Eberstadt eberstadt (aktualisiert) a P 91.Demonstration elektrisch BHKW / chp_eberstadt_pv_demo (aktualisiert) P 91.Demonstration elektrisch BHKW / chp_eberstadt (Fahrplan) 0, :00 07:00 13:00 19:00 Zeit t --- [---] -0,2-0,4-0,6 Reparatur (1h) -0,8-1, :00 07:00 13:00 19:00 Zeit t

11 Untertägiger Handel / Änderung des Marktbezuges --- [MW ] rt_pv_demo /K0w8idCwIczKhV7geFtvy Kauf am Markt (aktualisiert) / P/Power_ask_power_sv rt_pv_demo /K0w8idCwIczKhV7geFtvy Verkauf am Markt (aktualisiert) / P/Power_bid_power_sv rt /YOSupSp1IPCAW Kauf am Markt (Fahrplan) 0dVe_bHMb / P/Power_ask_power_sv rt /YOSupSp1IPCAW Verkauf am Markt (Fahrplan) 0dVe_bHMb / P/Power_bid_power_sv Fehlende Energie / Short Überschüssige Energie / Long :00 07:00 13:00 19:00 Zeit t

12 Weitere Stellschrauben für das Virtuelle Kraftwerk Lastverschiebung der Wärmepumpen- und Nachtspeichergruppen Signal an die Haushaltskunden Ausblick: e-mobility / Elektroautos

13 Ständige Ausregelung im laufenden Tag Stündlich Prognosen aktualisieren Verbraucher Erzeuger Batteriestände Erneute Optimierung Nutzen der Reserven Lastverschiebung Ampelsignale Handel (überregionaler Austausch) Basis Fahrplan Istwerte Aktualisierte Prognosen

14 Zwei Sichtweisen: Bilanzkreis und Netz Technisch / Netz ÜNB Bilanziell / Handel Märkte / Börse Netzleitwarte Sieht alle Verbraucher, Einspeiser und Speicher im Netz Lastprognose für das gesamte Netzgebiet Verhinderung von Überlastungen Minimierung von Verlusten Bilanzkreis / Handel Sieht nur seine Kunden Prognose nur für eigene Kunden Kostenoptimale Versorgung seiner Kunden Verbraucher: Haushaltskunden (SLP) Leistungsgemessene Kunden Erzeuger Kleine Erzeuger wie negative Lasten

15 Web2Energy: Neue Situation Technisch / Netz ÜNB Bilanziell / Handel Märkte / Börse Virtuelles Kraftwerk (Prognose, Optimierung, Steuerung) Netzleitwarte Bilanzkreis / Handel Verbraucher, steuerbar Verbraucher, nicht steuerbar Erzeuger Speicher

16 Optimierungsziele: Konkurrenz Optimierungsziel Rolle Potential Minimierung der Bilanzkreisabweichungen BKV ++ Minutenreserve (positiv) Handel 0 Minutenreserve (negativ) Handel + Wirtschaftliche Einsatzoptimierung BKV/IPP + Maximale Integration EEG Politisch Intraday-Markt Handel - Minimierung der Blindleistungsinanspruchnahme VNB 0 Spannungsregelung VNB 0 Spitzenlastoptimierung (NNE) VNB + Ein Business Case alleine reicht nicht für die Wirtschaftlichkeit aus. Die Märkte entwickeln sich auch unterschiedlich (z. B. Spot und MRL). Die Potenziale und das relative Ranking ändern sich ständig, d.h. es gibt keine dauerhaften Regeln. Die Freiheitsgrade / Erlöse entstehen durch KWK und Speicher. Flexible Prognose und Optimierung notwendig!

17 Business cases: Abhängigkeiten untereinander Bilanzkreisausregelung pos. Minutenreserve Multi-Comodity Optimierung Max EEG Integration Intraday-markt Blindleistung neg. Minutenreserve Spannungshaltung vermiedene Netznutzung Bilanzkreisausregelung + + o + o + pos. Minutenreserve + o o + o o + neg. Minutenreserve + o o + o o + Multi-Comodity Optimierung o o o o + o o Max EEG Integration o o o o o Intradaymarkt o o + Blindleistung o o o + o Spannungshaltung o o o o o o + o vermiedene Netznutzung o o + o o Starke Beeinflussung + Allgemeine Abhängigkeit o Kaum Einfluss Jedes MWh kann nur einmal vermarktet werden, aber auf dem aktuell richtigen Markt! Herausforderung durch konkurrierende Märkte und Marktrollen Mischung aus Asset- (Kraftwerkseinsatz) und Portfoliooptimierung (Handel) Querverbund und Speicherbewirtschaftung (Wärme und Strom) elementar Verschiedenste Vermarktungshorizonte

18 Aufbau von Standardelementen

19 Beispiel BHKW Eberstadt

20 Fazit Weitgehend regionaler Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch ist möglich: Nicht nur Erzeuger sondern auch Verbraucher und Speicher einbeziehen Regelreserven bereits einplanen Zeitnahe Messdaten notwendig Automatisierte Prognosen und Optimierung als Basis Möglichst hohe Einbeziehung der regenerativen Erzeuger Wirtschaftlich optimale Fahrweise unter diesen Randbedingungen durch kontinuierliches Handeln auch im laufenden Tag Gute Erfahrungen aus der Betriebsphase Vorführung des Virtuellen Kraftwerks ab 17:00 Uhr