Virtuelle Kraftwerke in der Praxis

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1 Virtuelle Kraftwerke in der Praxis M. Eng. Joachim Zunke Energy Automation Solutions Stuttgart, AVAT Automation GmbH Tübingen Telefon Telefax

2 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

3 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

4 AVAT Automation GmbH, Tübingen 80 MitarbeiterInnen (davon 60 Ing.) - rund um dezentrale Energiesysteme 2 Geschäftsbereiche EAS Energy Automation Solutions Automation und Leittechnik individuelle & nachhaltige Komplettlösungen Expertise Versorgungstechnik und Energiewirtschaft Partner von Stadtwerken und Regionalversorgern ECS Engine Control Systems BHKW-Motormanagement-Systeme technologisch führend Expertise Gasmotoren und Verbrennungsprozess OEM-Partner von internationalen Motorenherstellern

5 IT-, Kommunikations-, Automatisierungs- und Energie-Infrastruktur wachsen zusammen. Intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement sowie neue Optimierungsstrategien entscheiden über Ihren Erfolg. Unsere Expertise: Ihr Gewinn Experten für dezentrale Energiesysteme 27 Jahre BHKW-Automation: über 500 Mannjahre BHKW Know-How Kernkompetenz BHKW: vom Motormanagement bis zur Leittechnik Schwerpunkt Heizkraftwerke und Wärmeversorgung Fokus auf Energie- und Kosteneffizienz Vertiefte Kenntnisse der Energiewirtschaft Virtuelles Kraftwerk unser Thema seit 2001 Intelligente Erzeugungs- und Lastmanagement-Konzepte Virtuelle Stromspeicher / Hybrid-Heizkraftwerke/PtH Optimierter BHKW-Einsatz Virtuelle Kraftwerke Erzeugungs- und Lastmanagement Demand Side Management Power-to-Heat Hybrid-BHKW Virtuelle Stromspeicher

6 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

7 Rahmenbedingungen der Energiewende Hauptziele: Primärenergieeinsparung und Treibhausgasreduktion Ausbau der EE, hauptsächlich Wind & Sonne Schwankungen in Zeitverlauf und Höhe Steigende Volatilität im Netz Problemfeld: Residuallast-Ausgleich & Stromspeicherung Flexibilitätsbedarf bei Erzeugung und Verbrauch Bedarf an Energiespeicher

8 Speicherarten Wärme- Speicher Fernwärme- Speicher Batterie- Speicher PtG Grafik: Stromspeicher in der Energiewende AGORA (2014) 8

9 Flexibilitätsoptionen Erzeugung: flexible Kraftwerke, KWK-Anlagen virtuelle Kraftwerke EE-Anlagen (Abregelung) Netze: Speicher: Netzausbau Netzumbau (smartgrids) sektorale Speicher (zb. Batt.Speicher) sektorübergreifende Speicher (zb. Wärmespeicher) Verbrauch: Lastmanagement im Stromsektor Lastmanagement sektorübergreifend 9

10 Flexibilisierung von Angebot und Nachfrage Grafik: BMWI (2015) Leitstudie Strommarkt

11 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

12 Vermarktungsoptionen Eigenstrom vs. Einspeisung Eigenstrom aktuell interessanter, Einschränkung erwartet Vermarktung bietet variable Erlösmöglichkeiten Regelleistungsmarkt (PRL/SRL/MRL) Aufwändige Präqualifizierung; Teilnahme und Abrufe Markt nicht geeignet für alle Anlagentypen Spotmarkt EPEX Spot: Day-Ahead + Intraday Über Aggregatoren bzw. Händler Positive Ergebnisse, zunehmend attraktiver 12

13 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

14 virtuelle Kraftwerke: Bündelung von Flexibilitäten Verbund dezentraler, flexibler Anlagen Einbezug von Erzeugern, Verbrauchern und Speichern sektorenübergreifende Betrachtung Strom, Gas, Wärme, Kälte Ökologisch: EE-Integration, ressourcenschonend Ökonomisch: Zusatzerlöse durch Vermarktungsoptionen Reduzierung Brennstoffkosten Netzdienlich: Reaktion auf Preissignale, Ausgleich von Netzschwankungen bereits im VN, Reduz. Netzausbau Effizient: Energie- und Kosteneffizienz 14

15 Kombination der Flexoptionen: VK - Hybrid-BHKW Flexible Erzeuger: BHKW Flexible Lasten: Wärmepumpe und E-Heizer Sektorkopplung: Strom-Wärme-Gas Speicher: Wärmespeicher und Gasnetz + Intellig. Erzeugungs-, Last- und Speicher-Management + Wärmelastprognose, EE-Erzeugungsprognose = Optimale EE-Integration (EE-Überschüsse, Systemdienstleist.) = sektorübergreifende, saisonale Speicherung = Substitution fossiler Energieträger = Reduzierung Primärenergieeinsatz & CO 2 -Emissionen 15

16 Konvent. Wärmeerzeugung vs. VK Hybrid-BHKW Primär- energie- Einsparung Markteffekt durch Börsenpreis- Differenz Konvent. Wärme-Erzeugung im Vergleich zu Hybrid-BHKW / virtueller Stromspeicher Grafik: AVAT

17 Vorteile des VK Hybrid-BHKW Effiziente Integration von EE-Strom Primärenergieeinsparung Ausgleich durch Nutzung des virtuellen Stromspeicher Hohe Flexibilität bzgl. Wärme- und Stromerzeugung Vermarktungsoptionen: Spotmarkt, Regelleistung +/- Wirtschaftlich durch Markteffekte aus Börsenpreis-Differenz und reduzierten Brennstoffkosten verfügbare Technik: einfach, bewährt und preisgünstig 17

18 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

19 Erzeugungs- und Lastmanagement in VK Sektorkopplung Zeitliche Entkopplung Erzeugung und Verbrauch Automatisierter Algorithmus zur Berechnung der optimalen Betriebszeiten der flexiblen Erzeugung des Verbrauchs Intelligentes Fahrplan- und Speichermanagement Börsenpreisgeführte Betriebsweise setzt voraus: Anlagenflexibilität Prognosen Marktzugang Sichere Kommunikation Steuerungsmöglichkeit Dezentrale Intelligenz 19

20 Erzeugungsmanagement wärmegeführtes BHKW börsenpreisgeführtes BHKW wärmegeführt Kürzere BHKW-Laufzeiten Erhöhung der elektr. Leistung (somit Erhöhung KWK-Anteil der Wärmeerzeugung) Fotos: Quelle: Südweststrom AVAT 20

21 Erzeugungs- und Lastmanagement Wärmeerzeugung mit börsenpreisgeführtem Hybrid BHKW Strom-Börsenpreis hoch Stromerzeugung (BHKW) Strom-Börsenpreise niedrig Stromverbrauch (Wärmepumpe) Quelle: Südweststrom 21 Fotos: AVAT

22 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

23 Virtuelles Kraftwerk smartenergy Server smartenergy Controller 23

24 Lastverschiebung Wasserversorgung SW Rottenburg Preisorientiertes Lastmanagement Betriebsoptimierung von Wasserversorgungs-Anlagen mit Pumpwerken und Wasserhochbehältern Nutzung vorhandener Flexibilitäten bei Speicherbefüllung Verschiebung der Einsatzzeiten von Pumpen in Zeitabschnitte hoher EE-Einspeisung (niedrige Preise) Berechnung optimierter Anlagenfahrpläne auf Basis von Strompreis-Prognosen prognostiziertem Speicherabfluss aktuellem Füllstand Laufende Berücksichtigung von Intraday-Preisänderungen Min-/Max-Füllstände und sonstige Randbedingungen zur Sicherstellung der Wasserversorgung sind parametrierbar Fotos: SW Rottenburg

25 Hybrid-HKW Hochschule für Polizei, Biberach 2 BHKW je 405 kw el /680kW th 1 Elektro-Durchlauferhitzer 405 kw 1 Spitzenlast-Gaskessel 1.75 MW 1 Wärmepumpe 80 kw el / 350 kw th 1 Solarabsorber 400 m² Hochtemperatur-Speicher 200 m 3 Niedertemperatur-Speicher 600 m 3 (alte Heizöltanks) Hybride Wärmeerzeugung durch flexibel steuerbare Kombination von fossilen und elektrischen Wärmeerzeugern Nutzung von EE- Überschuss-Strom zur Wärmeerzeugung Intelligente Steuerung der Strom- und Wärmeerzeuger Berechnung Aggregate-Betriebszeiten abhängig von: Wetter- und Wärmebedarfsprognose Börsenpreisprognosen Strom/Gas Speicherladezustand Fotos: AVAT Folie 26

26 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Rahmenbedingungen der Energiewende Vermarktungsoptionen Virtuelle Kraftwerke zur EE-Integration Erzeugungs- & Lastmanagement in VK Technische Umsetzung und Projektbeispiele Fazit

27 Fazit Energiewende erfordert innovative Konzepte für Energieerzeugung, Speicherung und Verbrauch KWK, virtuelle Kraftwerke und Smart Grids flankieren optimal EE-Integration durch Ausgleich der flukt. Einspeisung Energiebalance durch intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement energie- und kosteneffizient Hybrid-BHKW saisonale Speicherung von EE-Überschuss- Strom, gleichzeitig Einsparung Primärenergie Die Aggregate sind bewährt, preiswert, verfügbar und nutzen vorhandene Infrastrukturen Der regulatorische Rahmen behindert noch den Ausbau dieser energie- u. betriebswirtschaftlich sinnvollen Konzepte! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! M. Eng. Joachim Zunke Kontakt:

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