Virtuelle Kraftwerke auf Basis von Mini-BHKW der Hausenergieversorgung

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1 Technische Universität Braunschweig Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen Virtuelle Kraftwerke auf Basis von Mini-BHKW Dipl.-Wirtsch.-Ing. Frankfurt,

2 Der KWK-Markt ist im Aufbruch Die Bundesregierung strebt mit dem KWK-Gesetz eine Verdopplung des KWK-Stroms auf 25 % bis zum Jahr 2020 an. Lichtblick / Volkswagen: Mini-BHKW sollen die Wärmeversorgung von Wohngebäuden in Deutschland übernehmen Bullensee-Thesen (Feb. 2006): Mikro-KWK-Anlagen können unter geeigneten Rahmenbedingungen bis 2030 in Deutschland ein Marktvolumen von mehreren Millionen Anlagen erreichen. Bullensee-Thesen (Feb. 2006): Der unkoordinierte Betrieb von einer großen Anzahl von Mikro- KWK-Anlagen ist energiewirtschaftlich suboptimal.

3 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz wärmegeführt Virtuelles Kraftwerk Realisierung eines virtuellen Kraftwerks stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

4 Integrationsstrategie wärmegeführt Spitzenlastkessel Trinkwarmwasserspeicher Versorgungsnetz Heizlast Mini-BHKW elektr. Hausversorgung Therm. Speicher wärmegeführte Betriebsweise

5 Integrationsstrategie wärmegeführt Betriebszeiten orientieren sich an thermischer Heizlast Betrieb erfolgt primär zu Zeiten hoher thermischer Last im Objekt Netzlast in kw :00 06:00 12:00 18:00 Zeit in hh:mm BHKW-Betrieb ist unkoordiniert und damit schwer planbar Elektrische Energiebereitstellung durch BHKW kann durch den Energieversorger nicht berücksichtigt werden.

6 Integrationsstrategie Virtuelles Kraftwerk Leistung STOP 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm netzorientiertes Erzeugungs-Management STOP Spitzenlastkessel Trinkwarmwasserspeicher Versorgungsnetz kw kwh Mini-BHKW Heizlast elektr. Hausversorgung Therm. Speicher Virtuelles Kraftwerk

7 Integrationsstrategie Virtuelles Kraftwerk Betriebszeiten orientieren sich am Lastgang des Versorgungsnetzes BHKW-Betrieb muss weiterhin die Wärmeversorgung des Objektes sicherstellen Netzlast in kw :00 06:00 12:00 18:00 Zeit in hh:mm Koordinierter BHKW-Betrieb ermöglicht planbare Energieeinspeisung Schwankungen des Netzlastgangs können reduziert, Rückspeisungen vermieden werden

8 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz wärmegeführt Virtuelles Kraftwerk Realisierung eines virtuellen Kraftwerks stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

9 Realisierung eines virtuellen Kraftwerks Notwendige Informationen: Elektrischer Netzlastgang des Folgetages Thermisches Energiebedarfsprofil des Objektes für den Folgetag Aktueller Speicherfüllstand Möglichkeiten der Realisierung: Stand-alone-Lösung: - Orientierung des BHKW-Betriebs an Standardlastprofilen - keine Abstimmung des BHKW-Betriebs mit realer Netzlast - keinerlei Informationsaustausch Verbundbetrieb: - Verbindung der Anlagen untereinander - Abstimmung des Betriebs im Verbund - Nutzung aktueller Netzlastinformationen - IT-Infrastruktur notwendig

10 Realisierung der Betriebsweise stand-alone alone-lösung Korrelationsanalyse Netzlast VDEW-Standardlastprofil 1 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 Winter Werktag Winter Samstag Winter Sonntag Übergang Werktag Übergang Samstag Übergang Sonntag Sommer Werktag Sommer Samstag Sommer Sonntag Hohe Korrelation zwischen Standardlastprofilen und Netzlastgang Standardlastprofile erscheinen damit für stand-alone-betrieb geeignet

11 Realisierung der Betriebsweise stand-alone alone-lösung Keine Informationen über Beeinflussungen der BHKW-Anlagen auf Netzlast Keine Möglichkeiten zur Einflussnahme auf BHKW-Betrieb Leistung Leistung Leistung STOP STOP STOP STOP STOP STOP 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm Mini-BHKW Mini-BHKW Mini-BHKW

12 Realisierung der Betriebsweise Verbundbetrieb Zentrales Fahrplan-Management Leistung STOP STOP Herstellerunabhängige Kommunikation nach IEC Prognose therm. Lastprofil des Folgetages Speicherfüllstand 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm Erzeugungsfahrplan Steuergerät IEC Steuergerät IEC Steuergerät IEC Mini-BHKW Mini-BHKW Mini-BHKW

13 Voraussetzungen für f r ein virtuelles Kraftwerk im Verbund Kommunikationsinfrastruktur Informationsaustausch erfordert Infrastruktur Breitband-Verbindung wird vorausgesetzt Datenrate für Kommunikation minimal (einmal täglich) Informationen über thermisches Bedarfslastprofil Einsatzplanung erfordert Bedarfsprofil des Folgetages Prognose auf Basis von Vortageswerten erforderlich Informationen über Lastgang des Versorgungsnetzes Netzlastgang stellt Optimierungsgröße dar Prognose des Lastgangs am Folgetag erforderlich VDEW-Standardlastprofile stellen gute Basis dar

14 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz wärmegeführt Virtuelles Kraftwerk Realisierung eines virtuellen Kraftwerks stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

15 Referenzsiedlung in Braunschweig 51 Einfamilienhäuser = 51 WE 49 Reihenhäuser = 49 WE 17 Reihenendhäuser = 17 WE 14 Mehrfamilienhäuser = 166 WE 3 Gewerbeobjekte Annahme: 40 % KWK-Strom

16 Auswirkungen auf die öffentliche Energieversorgung Senkung der Jahresspitzenlast Änderung der Jahreslastgangspreizung Änderung der Netzverluste Wärmegeführt Virtuelles Kraftwerk Stand-alone Im Verbund 16 % 18 % 26 % 10 % 8 % -2% - 20 % - 20 % - 22 % Virtuelles Kraftwerk zeigt Wirksamkeit am besten im Verbund Virtuelles Kraftwerk führt zu einer deutlichen Vergleichmäßigung des Netzlastgangs Netzverluste reduzieren sich in vergleichbarem Maße

17 Auswirkungen auf die Energieversorgung im Objekt Volllaststunden im Jahr Deckungsanteil therm. Bedarf Anteil KWK- Strom im Objekt Anzahl BHKW- Starts im Jahr Mittlere Laufzeit je Start Anzahl Kaltstarts im Jahr Gebäude mit 2 BHKW Wärmegeführt Gebäude mit 1 BHKW Virtuelles Kraftwerk Gebäude mit 2 BHKW Gebäude mit 1 BHKW h h h h 84 % 65 % 85 % 68 % 52 % 55 % 53 % 55 % h 20 h 4 h 5 h

18 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz wärmegeführt Virtuelles Kraftwerk Realisierung eines virtuellen Kraftwerks stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

19 Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien - Annahmen Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz 2009: KWK-Bonus: 5,11 ct./kwh (auch für selbstgenutzten KWK-Strom) verm. Netzentgelte:1,00 ct./kwh Marktübl. Preis: 7,31 ct./kwh Mineralölsteuererl.: 2,10 ct./kwh BHKW-Impulsprogramm: Investitionszuschuss abhängig von der BHKW-Leistung und Laufzeit im Jahr

20 Wirtschaftlichkeit des Integrationsstrategien Gebäude mit einem BHKW Gebäude mit zwei BHKW Ø Heizlast Ø Stromlast Ø Rendite wärmegeführt Ø Rendite im virt. KW kwh kwh 15,3 % 15,9 % kwh kwh 17,0 % 17,8 % Wirtschaftlichkeit der Anlage für Anlagenbesitzer durch virtuelles Kraftwerk nur marginal besser das Ausmaß zu gering für eine Motivation des Anlagenbesitzers größter Mehrwert entsteht viel mehr außerhalb des Objektes Etablierung am Markt erfordert neue Betreiber und Anreize!

21 Ansätze innovativer Marktmodelle Anpassung der KWK-Vergütung: Qualität statt Quantität zeitvariable Vergütung aktuell: 5,11 ct./kwh VDE Studie Smart Distribution 2020 Bundesregierung erwägt Änderung bei Novellierung des EEG und KWKG

22 Ansätze innovativer Marktmodelle Anpassung des marktüblichen Preises bei KWK-Strom-Einspeisung: dynamische Tarifstruktur (z.b. Hoch- und Niedertarif) aktuell: 7,31 ct./kwh

23 Vergleich der monetären FörderansF rderansätze Änderung KWK-Vergütung Änderung marktübl. Preissystem Bezugsgröße Gesamter KWK-Strom Eingespeister KWK-Strom Flexibilität Kosten Gewinner Effektivität Bundesweit einheitlich Trägt jeder Stromkunde (Kostenwälzung) EVU Intelligente Anlagenbetreiber Eher gering (kein Bezug zur lokalen Netzlast) Von EVU individuell zu entwickeln Trägt das EVU (Energieeinkauf) Stromkunde Intelligente Anlagenbetreiber Hoch (Preismodell kann auf lokale Netzlast abgestimmt werden)

24 Marktteilnehmer mit Potenzial BHKW-Besitzer: Geringe Erhöhung der Wirtschaftlichkeit ergibt sich automatisch Erhöhung der vermiedenen Netzentgelte durch Leistungsmessung Netzbetreiber: Netzlastspitze wird stark reduziert und Netzbetriebsführung erleichtert. Rückspeisungen in vorgelagerte Netze sind kalkulierbar Energieversorger: Berücksichtigung der Energiebereitstellung in der Beschaffung Sicherung der Kundenbindung (Strom + Gas) Intraday-Handel und Minutenreserve langfristig möglich Energiehändler: Poolung vieler Anlagen ermöglicht den Handel an der Börse Intraday-Handel und Minutenreserve möglich

25 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz wärmegeführt Virtuelles Kraftwerk Realisierung eines virtuellen Kraftwerks stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

26 Zusammenfassung Der Anteil Mini-BHKW-Anlagen wird stark zunehmen Anlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser stehen bereit KWKG 2009 und Mini-BHKW-Impulsprogramm bieten großen Anreiz Ohne eine Steuerung der Anlagen besteht die Gefahr, dass Potenzial der Effizienzsteigerung nicht ausgeschöpft wird Rückspeisungen in vorgelagerte Netzebene in Schwachlastphasen Betrieb von Regelkraftwerken aufgrund ungewisser BHKW-Einspeisung BHKW-Verbundbetrieb bietet das größte Potenzial zukünftige Anforderungen zu bewältigen Abstimmung der Betriebsweisen untereinander möglich Rückmeldung an das EVU sowie Intraday-Einflussnahme möglich Aktuell bestehen keine monetären Anreize einer netzorientierten Betriebsweise für Anlagenbetreiber Neue Betreiber- und dynamische Preismodelle müssen Anlagenbetreiber am Mehrwert beteiligen.

27 Ausblick es ist an den Unternehmen das Potenzial der KWK-Anlagen durch innovative Geschäftsmodelle zu erschließen und so die Energieeffizienz bedarfskonform zu steigern! James Watt sagt man nach, dass er folgendes Angebot machte als niemand seine teure Erfindung kaufen wollte: "Wir werden Ihnen kostenlos eine Dampfmaschine überlassen. Wir werden diese installieren und für fünf Jahre den Kundendienst übernehmen. Wir garantieren Ihnen, dass die Kohle für die Maschine weniger kostet, als Sie gegenwärtig an Futter für die Pferde aufwenden müssen. Und alles, was wir von Ihnen verlangen, ist, dass Sie uns ein Drittel des Geldes geben, das Sie sparen." James Watt ( ) vielleicht ist Contracting genau dieses Geschäftsmodell!

28 Vielen Dank für f die Aufmerksamkeit! Technische Universität Braunschweig, Schleinitzstraße Braunschweig, Germany m.pielke@tu-bs.de