Entwicklungen in der Energietechnik in Rheinland-Pfalz

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1 Entwicklungen in der Energietechnik in Rheinland-Pfalz Virtuelle Kraftwerke und dezentrale Stromspeicher Prof. Dr. Ralf Simon VDI, Christian Pohl VDI Transferstelle für rationelle und regenerative Energienutzung Bingen Mainz November

2 Mit Energie für Effizienz und Umwelt Projekte / Beratung für rationelle und regenerative Energienutzung Jährlicher Energietag Rheinland-Pfalz mit Ausstellung Dezentrale Energiestationen Motoren, Brennstoffzelle, Stirling-Motor Effiziente Energienutzung in Industrieanlagen 2

3 Randbedingungen Folgerung 1: Energiesparen, Energiesparen,... Folgerung 2:... und regenerativ Erzeugen im virtuellen Kraftwerk... mit dezentralen Stromspeichern Wirtschaftlichkeit 3

4 Begrenzte Reserven an Erdöl, Erdgas, Uran und Kohle Wandel des Klimas Politische Krisen in den Regionen mit höheren Erdöl- u. Erdgasreseven weiterhin steigende Preise für Erdöl und Erdgas Randbedingungen für die Stromerzeugung der Zukunft TSB 4

5 Randbedingungen Folgerung 1: Energiesparen, Energiesparen,... Folgerung 2:... und regenerativ Erzeugen im virtuellen Kraftwerk... mit dezentralen Stromspeichern Wirtschaftlichkeit 5

6 Konsequenz: Energiesparen, Energiesparen,... EUKommission, Okt. 2006: Aktionsplan für Energieeffizienz 6

7 Konsequenz: Energiesparen, Energiesparen,... McKinsey: Kosten u. Potenziale der Vermeidung von Treibhausgasemissionen in Deutschland, Sep

8 Randbedingungen Folgerung 1: Energiesparen, Energiesparen,... Folgerung 2:... und regenerativ Erzeugen im virtuellen Kraftwerk... mit dezentralen Stromspeichern Wirtschaftlichkeit 8

9 Konsequenz: Ausbau der regenerativen Energiequellen in virtuellen Kraftwerken und Stromspeichern 9

10 Konsequenz: Ausbau der regenerativen Energiequellen in virtuellen Kraftwerken und Stromspeichern 10

11 Fluktuierende Energiequellen: Windkraft: Wasserkraft: Photovoltaik: 64 % 20 % 3% 87 % Prognose der Stromerzeugung aus reg. Energien DENA

12 Höherer Bedarf an positiver und negativer Regelenergie / Reserveleistung Positive Regel- und Reserveleistung negative Regel- und Reserveleistung MW (max MW) 750 MW (max MW) MW (max MW) MW (max MW) DENA 2005 Prognose des Regelenergiebedarfs 12

13 120% Erzeugung Bedarf Abschalten ausgewählter Verbraucher Starten von brachliegenden Reserven Entladen der Speicher Leistungsbedarf. 100% 80% Speichern von Windstrom oder Reduktion der Grundlastanlagen 60% 40% 20% 0% 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Zeit Netzsteuerung in einer dezentralen Energielandschaft TSB 13

14 Randbedingungen Folgerung 1: Energiesparen, Energiesparen,... Folgerung 2:... und regenerativ Erzeugen im virtuellen Kraftwerk... mit dezentralen Stromspeichern Wirtschaftlichkeit 14

15 virtuelles Kraftwerk = dezentrale Energiestationen + zentrale Ansteuerung Definition des virtuellen Kraftwerkes 15

16 Ministerium für Umwelt, Forsten u. Verbraucherschutz (MUFV) Aufbau eines virtuellen Kraftwerkes dezentrale Energiestationen + zentrale Ansteuerung Entwicklung des virtuellen Kraftwerks Rheinland - Pfalz TSB 16

17 Energiemanagement für Industrie, KMU und Kommunen 17

18 TSB Softwareentwicklung: Datenflusskonzept 18

19 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 1 Probebetrieb an der FH Bingen Stand Dez

20 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2... von Watt bis MegaWatt Gesamtleistung: 4,4 MW Bingen Gau-Algesheim Bad Kreuznach Frankenthal Grünstadt Sembach Neuleiningen Stand Nov

21 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 3... von Watt bis MegaWatt Gesamtleistung: 52,4 MW Wiesbaden Bingen Gau-Algesheim Bad Kreuznach Frankenthal Sembach Grünstadt Ludwigshafen Neuleiningen Saarbrücken Stand Dez

22 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 4 Einbindung von Notstromgeräten und Blockheizkraftwerken in das virtuelle Kraftwerk Rheinland-Pfalz und von Verbrauchern notwendig: sichere, schnelle und kostengünstige Kommunikation notwendig: automatische Weiterleitung des Summensignals auf die einzelnen Notstromgeräte ohne Personaleinsatz Start Jan

23 Organisation und Automatik der Aufrufweiterleitung Kommunikation von und zu den Stromerzeugern Verwaltungs- Aufrufsoftware management 23

24 Verwaltungssoftware 24

25 Organisation und Automatik der Aufrufweiterleitung Kommunikation von und zu den Stromerzeugern Verwaltungs- Aufrufsoftware management 25

26 Automatik der Aufrufweiterleitung Zentrales Start- und Endesignal Algorithmus für eine Prioritätenliste aus Daten der Verwaltungssoftware paralleler Aufruf der dezentralen Stromerzeuger Empfangen, Überwachen und Weiterleiten an Verwaltungssoftware der eingesammelten Arbeit 26

27 Verwaltungssoftware Übersicht des Anlagenzustands im Aufruffall Geplantes Design 27

28 Organisation und Automatik der Aufrufweiterleitung Kommunikation von und zu den Stromerzeugern Verwaltungs- Aufrufsoftware management 28

29 Kommunikation von/zu den Anlagen 29

30 30

31 Verwaltungssoftware Zusatzeffekt: Möglichkeit des manuellen Testbetriebs und der Fernüberwachung 31

32 Randbedingungen Folgerung 1: Energiesparen, Energiesparen,... Folgerung 2:... und regenerativ Erzeugen im virtuellen Kraftwerk... mit dezentralen Stromspeichern Wirtschaftlichkeit 32

33 Hochstspannung Mittelspannung Nutzungsziele : Senkung der Netzlast und des Leistungsbezugs Reduzierung der Energiebeschaffungskosten (Bandbezug) Niederspannung Zusatzerlöse durch Regelenergievermarktung Erhöhung der Versorgungssicherheit Umweltschonende Netzeffizienzsteigerung Dezentrale Stromspeicher Einsatzorte und Nutzungsziele 33

34 500 kw KW Auslegungsdaten: elektrische Kapazität: kwhel elektrische Leistung: kwel 50 KW 500 KW NaS Batterien der NGK Insulators 34

35 35

36 Randbedingungen Folgerung 1: Energiesparen, Energiesparen,... Folgerung 2:... und regenerativ Erzeugen im virtuellen Kraftwerk... mit dezentralen Stromspeichern Wirtschaftlichkeit 36

37 neue Vermarktungschancen mit Hilfe von Virtuellen Kraftwerken Regelenergie im Bereich der Minutenreserve Regelenergie im Bereich der Sekundärregelung Regelenergie im Bereich der Windreserve Zusatzvermarktung von EEG Anlagen an der EEX Zusatzvermarktung von KWK Anlagen an der EEX Ausgleichsenergie im Bereich des Bilanzkreismanagements 37

38 60 50 Ist Leistung in MW Soll PR Ze it Primärregelung Sekundärregelung Minutenreserve 5s 30 s 15 min ÜNB StundenReserve... 1h BKV Regelenergiearten Steag Saarenergie 38

39 Positive Regelenergie Verbrauch > Erzeugung = Unterspeisung Negative Regelenergie Verbrauch < Erzeugung = Überspeisung (Netzfrequenz fällt unter 50 Hz) (Netzfrequenz steigt über 50 Hz) Stromerzeuger Stromerzeuger (z.b. Kraftwerke, Notstrom-Diesel, etc.) (z.b. Kraftwerke, BHKW-Anlage, etc.) Leistung erhöhen oder EIN Leistung absenken oder AUS Stromverbraucher Stromverbraucher (z.b. Elektrolysen, Schmelzöfen, etc.) (z.b. Mühlen, Pumpen, Verdichter, etc.) Last absenken oder AUS Last erhöhen oder EIN Möglichkeiten der Regelenergiebereitstellung = Netzfrequenz wird erhöht Steag Saarenergie = Netzfrequenz wird gesenkt 39

40 Stundenpreise der EEX TSB 40

41 Grenzkosten und Überschreitungsstunden TSB 41

42 neue Vermarktungschancen - KWK plus - Mittelwert: ~ /MWa 42

43 Kosten für Ausgleichsenergie TSB 43

44 Kosten für Ausgleichsenergie TSB 44

45 Beispiel für Zusatzerlöse TSB 45

46 Beispiel für Zusatzerlöse TSB 46

47 Beispiel für Zusatzerlöse TSB 47

48 Mit Energie für Effizienz und Umwelt Projekte / Beratung für rationelle und regenerative Energienutzung Jährlicher Energietag Rheinland-Pfalz mit Ausstellung Dezentrale Energiestationen Motoren, Brennstoffzelle, Stirling-Motor Effiziente Energienutzung in Industrieanlagen 48

49 Clients TCP/IP, Internet Server Energiemanager Funk M-Bus Festnetz, GSM, UMTS Datenlogger Freigaben Impulse Energiestation Datenlogger Freigaben, Analoge Sollwerte 0(4)...20 ma V Digital Energiestation Konzentrator Datenlogger Powerline PLC M-Bus Datenlogger Freigaben Impulse Energiestation Datenlogger Freigaben, Analoge Sollwerte Messwerterfassung 0(4)...20 ma V Digital Energiestation Energiestation 49

50 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlagen in Bingen SoFC Brennstoffzelle 0,8 kwel MBus / Ethernet lesend Sticore Stirlingmotor 0,9 kwel MBus / Ethernet lesend u. steuernd Motor HKW 1,3-4,7 kwel MBus / Ethernet lesend u. steuernd Motor HKW 5,5 kwel MBus / Ethernet lesend u. steuernd PV Anlagen 4,0 kwel MBus / Ethernet lesend 50

51 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlage in Gau-Algesheim Motor HKW 18,0 kwel Modem / Powerline lesend u. steuernd 51

52 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlagen in Frankenthal Biomasseheizkraftwerk 2450,0 kwel Modem / Powerline lesend u. steuernd * 52

53 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlagen in Grünstadt MCFC Brennstoffzelle 200,0 kwel Modem / Powerline lesend Motor HKW 293,0 kwel Modem / Powerline lesend 53

54 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlagen in Neuleiningen Windkraftanlage 250,0 kwel GPRS / Direktverbindung lesend 54

55 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlagen in Sembach Photovoltaikanlage 1000,0 kwel peak GPRS / Direktverbindung lesend 55

56 Entwicklung virtuelles Kraftwerk RLP Phase 2 Anlagen in Bad Kreuznach Motor HKW 208,0 kwel Modem / Direktverbindung lesend 56