Energiewende konkret - Steuerung von Verbrauchslasten als Einnahmequelle für Unternehmen, 27. Januar 2014, Handelskammer Hamburg

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1 Energiewende konkret - Steuerung von Verbrauchslasten als Einnahmequelle für Unternehmen, 27. Januar 2014, Handelskammer Hamburg Eine praktisch theoretische Einführung Hans Schäfers University of Applied Sciences Hamburg Center for Demand Side Integration (C4DSI)

2 Steuerung von Verbrauchslasten Was ist das Problem? Und wie hilft da die Integration der Verbrauchsseite? Welche Potentiale zur Integration der Verbraucherseite gibt es? Wo ist der business case? Beispiele aus dem C4DSI.

3 Steuerung von Verbrauchslasten Was ist das Problem? Und wie hilft da die Integration der Verbrauchsseite?

4 Strukturwandel in der Energieerzeugung: Diese Dekade 4

5 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende 111 GW 47% EE 5

6 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Stand 2012: 76 GW (BMU 2013) 111 GW = 47% EE 6

7 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Stand 2013: 83 GW (BEE 2014) 111 GW = 47% EE 7

8 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Mit Zubaubremse lt. Gabriel ab 2014 Wind & PV max. je 2,5 GW/a 118 GW ~ 50% EE 8

9 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Mit Zubaubremse lt. Gabriel ab 2014 Wind & PV max. je 2,5 GW/a 118 GW ~ 50% EE Bereich der Netzlast in D 9

10 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto 10

11 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto Vorh. Grundlastkraftwerke 11

12 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto Vorh. Grundlastkraftwerke abgeregelt auf 40% 12

13 Glättungseffekt durch Last- und Erzeugungsmanagement Beitrag zur Lösung des Problems: Glättung der Residuallast durch Integration der Verbrauchsseite (Demand Side Integration, DSI) und Speicherung von Überschussenergie (Pumpspeicher, Power to Gas) Einfluss von DSI und Pumpspeicher (Potential von 2006) bei 47% REG (Wetter Daten 2007). Quelle: Fraunhofer IWES 13

14 Residuallast zukünftig 80% EE Quelle: Krzikalla (BET) 2013 für BEE.

15 Residuallast zukünftig Dauerlinie Residuallasten Heute und in Zukunft 24% EE 50% EE 80% EE Quelle: Verändert nach Krzikalla (BET) 2013 für BEE.

16 Quelle: Fraunhofer ISE, 2013 Spotmarkt /Intraday

17 Quelle: Fraunhofer ISE, 2013

18 [3], p. 62 LONG term problem: Generation exceeds demand

19 Zwischenfazit I Die Einbindung flexibler Verbraucherlasten ist für ein Gelingen der Energiewende unverzichtbar. Der rein Börsenpreis induzierte Einsatz flexibler Verbraucherlasten stützt bei derzeitigem Marktdesign vor allen nicht flexible Grundlastkraftwerke (Braunkohle). Alternative Einsatzkonzepte sind für eine erfolgreiche Energiewende notwendig,

20 Steuerung von Verbrauchslasten Welche Potentiale zur Integration der Verbraucherseite gibt es?

21 Lastverlagerungspotenziale in Deutschland: Industrie Quelle: VDE ETG Studie DSM.

22 Lastverlagerungspotenziale in Deutschland: GHD Quelle: VDE ETG Studie DSM.

23 BEE Plattform Systemintegration: Wachsende Ausgleichsoptionen im Wärme u. Verkehrssektor Quelle: Krzikalla (BET) 2013 für BEE.

24 Power-to-Gas zur Speicherung überschüssiger EE Quelle: IWES,

25 Aber Power-to-Gas und gleichzeitig Gas-to-Heat? Gas Boiler Heat (storable!) Quelle: IWES, 2013 (verändert) 25

26 Aber Power-to-Gas und gleichzeitig Gas-to-Heat? Gas Boiler Heat (storable!) Electr Boiler Quelle: IWES, 2013 (verändert) 26

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31 Steuerung von Verbrauchslasten Wo ist der business case?

32 Steuerung von Verbrauchslasten Tja, wo ist er denn..?

33 Prinzipielle (mögliche) Businesscases für Verbraucherlasten (Demand Side Management) Lokales DSM Zentrales DSM oder Abschaltleistung ( 13 EnWG, AbLaV) Quelle: Dena, Agricola veränbdert

34 Abschaltverordnung als Baseline? Ausschreibung durch die ÜNB über Regelenergieplattform. Derzeit rund 1 GW vermarktet (Stand 08/13) Losgrößen min. 50 MW pro Regelzone. Pooling möglich. Abruf automatisch entweder frequenzgesteuert (PRL) oder innerhalb von 15 min (MRL) Leistungspreis /MW*a Arbeitspreis zwischen 100 u. 400 /MWh

35 Entwicklung der Erlösmöglichkeiten im Sekundärregeleistungsmarkt

36 Zwischenfazit II Für den gewinnbringenden Einsatz flexibler Lasten ist derzeit der wettbewerbliche und regulatorische Rahmen nur bedingt vorhanden. Die Realisierung von Erlösen setzt eine Analyse der individuellen Potenziale und i. d. R. durch eine (gute) Beratung voraus. In den meisten (lukrativen) Fällen wird das Zwischenschalten eines Aggregators notwendig. Für Aggregatoren ist u. U. eine flexible Vermarktung im Rahmen individuellen Portfoliomanagements unter Einbeziehung mehrerer Märkte möglich.

37 Steuerung von Verbrauchslasten Beispiele aus dem C4DSI Potenzialermittlung Analyse CO2 Einsparung Modellbildung und Simulation (zur in FuE und zur Analyse von Business Cases) Entwicklung Regelungsalgorithmen

38 Steuerung von Verbrauchslasten Beispiele aus dem C4DSI Potenzialermittlung

39 Verlagerbare Leistung aus Lüftungsanlagen in Bürogebäuden in der Hamburger Innenstadt in kw

40 Steuerung von Verbrauchslasten Beispiele aus dem C4DSI Analyse CO2 Einsparung durch DSI

41 Variation der CO2 Äquivalenz der deutschen Stromproduktion 2012 Jahresmittel: 576 g CO2/kWh (UBA) Quelle: Kulakow, H., (Masterarbeit für MVV im C4DSI) 41

42 Variation der CO2 Äquivalenz der deutschen Stromproduktion 2020 Jahresmittel: ~420 g CO2/kWh Gebremster Ausbau auf ca. 50% EE (118 GW), keine Änderung Strommarktdesign Quelle: Kulakow, H., (Masterarbeit für MVV im C4DSI) 42

43 Variation der CO2 Äquivalenz der deutschen Stromproduktion 2030 Jahresmittel: ~200 g CO2/kWh Gebremster Ausbau auf ca. 70% EE (178 GW), keine Änderung Strommarktdesign Quelle: Kulakow, H., (Masterarbeit für MVV im C4DSI) 43

44 Steuerung von Verbrauchslasten Beispiele aus dem C4DSI Modellbildung und Simulation (zur in FuE und zur Analyse von Business Cases)

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46 Smart Power Hamburg A joint research project SMART POWER HAMBURG Lead Partner: HAMBURG ENERGIE Scientific Research by two universities: RWTH Aachen and HAW Hamburg Funded by BMWi as part of the funding initiative EnEff:Wärme Running time until end of 2014 GEFÖRDERT DURCH: FÖRDERPROGRAMM: SMART POWER HAMBURG Konsortialführer Wissenschaftliche Begleitung [11],

47 Smart Power Hamburg A joint research project STORAGE GENERATION Combined Heat and Power Production (CHP) Flexible Power Generation + PTSG Flexibility of CHP via heat stroage IN URBAN INFRASTRUCTURE - Bunker - Swimming Pools - Heat distr. grids DEMAND Smart Metering Demand Response HVAC in public properties MANAGEMENT SYSTEM AS OPEN PLATTFROM CONCEPT OPERATED HAMBURG ENERGY [11], Energy Efficiency of properties in the Pool Energy services for CHP and property owners Services to the energy system (DSO &TSO)

48 Untersuchtes System: Bildung eines Bilanzkreises von 120 Liegenschaften auf MSE mit einem Netzwerk aus 120 Smart Metern und 20 Standard- Lastmanagementanlagen (Matlab/Simulink). Dipl. Ing. (FH) Hans Schäfers

49 3 Ergebnisse Insel Mittwoch 2. Juli 2008 Szenario 1: Fahrplaneinhaltung

50 3 Ergebnisse Insel Mittwoch 2. Juli 2008 Modellbildung und Simulation des Szenario 2: Pos MRL -> Regler Min

51 3 Ergebnisse Insel Mittwoch 2. Juli 2008 Modellbildung und Simulation des Szenario 2: Neg. MRL -> Regler Max

52 Steuerung von Verbrauchslasten Beispiele aus dem C4DSI Entwicklung Regelungsalgorithmen

53 Euro/MWh Lastverlaufsplan WP nach EEX-Preisen Massensimulation mit SW-WP :00 06:00 12:00 18:00 24:0 0

54 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Kontakt: Hans Schäfers, C4DSI, HAW Hamburg hans.schaefers(at)haw-hamburg.de (

55 Verlauf der Netzfrequenz in 2012

56 Verlauf der eingesetzten SRL in 2012