Die visionäre Nutzung von BHKW, Wind- und Wasserkraft sowie Solarenergie durch ein bidirektionales Energiemanagement

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1 Fachforum Abschied von Kohle, Öl und Atom? Der Strommix der Zukunft , Bremen Die visionäre Nutzung von BHKW, Wind- und Wasserkraft sowie Solarenergie durch ein bidirektionales Energiemanagement Jan Ringelstein, Dr. Christian Bendel, David Nestle, ISET e.v. ISET e.v., Königstor 59, D Kassel, Tel.: , 1

2 Schwerpunkte 1. Istzustand und Problemstellung Energiemanagement Wozu? 2. Strategie und Umsetzung 3. Anwendungen im künftigen Strommarkt 4. Resumee und Ausblick 2

3 Stromverbrauch in Deutschland 2006 in TWh (Summe: 539,5 TWh) 74,8 44,8 8,3 16,3 253,3 Industrie Haushalte Handel u. Gewerbe Öffentl. Einrichtungen Landwirtschaft Verkehr Quelle: BMWi: Energiedaten, ,0 - ca. 50 % des deutschen Stromverbrauchs im Niederspannungsnetz - ca. 50% des Gesamtendenergiebedarfs für Prozess- und Raumwärme entfallen auf Haushalte - keine aktuelle Messung - keine aktuelle Beobachtbarkeit 1. Istzustand und Problemstellung 3

4 Dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DEA) - Beispiel: installierte Leistung von Biomasseanlagen in Deutschland - durchschnittliche el. Leistung 300 kw bis 6 MW - ca. 50% der Anlagen verfügen über Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Quelle: Institut für Energetik und Umwelt ggmbh: Monitoring zur Wirkung des novellierten Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) auf die Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse. Studie im Auftrag des BMU. Endbericht, Leipzig, Februar Istzustand und Problemstellung 4

5 Die Dezentralisierung der Energiesysteme aus Sicht des Niederspannungsnetzes Systemgrenze 20/ 0,4 kv - steigender Anteil dezentraler Energieumwandlungsanlagen im Nieder- und Mittelspannungsnetz (NSN, MSN) - Stromverbrauch und Stromerzeugung freizügig - Leittechnik und Kommunikation nur bis zur Systemgrenze, kein aktives Management im NSN beginnende Netzprobleme EEG-Entwurf: Notabregelung von DEA über 100 kw 1. Istzustand und Problemstellung 5

6 Die Dezentralisierung der Energiesysteme aus Sicht des Niederspannungsnetzes Systemgrenze 20/ 0,4 kv Ziel: regenerative Energiequellen effizient nutzen, Abregelung vermeiden Stromverbrauch und Stromerzeugung optimal Kommunikation auch im NSN ( Smart Grid ) benötigt Energiemanagement, messtechnische Erschließung des NSN, Anreize für die Endkunden! 1. Istzustand und Problemstellung 6

7 Potenziale und Grenzen zentral geführter Virtueller Kraftwerke Potenziale - Vorhersagbare Erzeugung - Teilnahme am Regelenergiemarkt Technische Probleme - Ausfall der Zentrale kritisch - hoher Kommunikationsaufwand, fehlende Kommunikationsstandards - kostspielige Leittechnik - Skalierbarkeit begrenzt sinnvoll nur für kleine Anzahl Erzeuger/Lasten ~ Zentrale Optimierung, Steuerung, Anlagenüberwachung ~ = ~ 1. Istzustand und Problemstellung 7

8 Potenziale und Grenzen zentral geführter Virtueller Kraftwerke Rechtliche Probleme - Betreiberfrage nach dem Unbundling - Steuerung von DEA und Lasten im Besitz von Dritten Anforderungen an Alternativen - Verbesserung Robustheit, Skalierbarkeit - Integrierbarkeit in liberalisiertes Marktumfeld Dezentrale Optimierung und Steuerung ~ Zentrale Optimierung, Steuerung, Anlagenüberwachung ~ = ~ 1. Istzustand und Problemstellung 8

9 Projekt DINAR: Projektteam und Konzept der dezentralen Entscheidung Konzept der dezentralen Entscheidung: - Erstmals vorgestellt Hohe Anzahl verteilter Erzeuger und Lasten kleiner Leistung - Bottom-up Ansatz - Verzicht auf direkte Fahrplanvorgaben durch Zentrale - Nutzung lokaler Intelligenz - Integrierbarkeit in liberalisiertes Marktumfeld Gefördert durch das Bundesumweltministerium 2. Strategie und Umsetzung 9

10 Konzept der dezentralen Entscheidung - Hausanschlusskasten (bisher) ist künftig BEMI und bleibt technische und juristische Systemgrenze! - dezentrale Entscheidung aufgrund zentraler und dezentraler Informationen BEMI: Bidirektionales Energiemanagement - Interface KWK Netzbetreiber Energieversorger Internetanbieter Gasnetzbetreiber 2. Strategie und Umsetzung 10

11 Funktionen und Konzepte des BEMI - zentrale Information: variable Tarifprofile - automatische Optimierung des Geräteeinsatzes durch BEMI - Nutzer erhält alle optimierungsrelevanten Informationen per PDA - Nutzerinteraktion möglich - Beobachtung Netzanschlusspunkt - Nutzung offener Kommunikationsstandards Nutzer Fahrplan- Eingriff BEMI MSI 1 ZI 3 Fahrplan-, Kosteninf. EMS 2 MMI 4 Nutzereingriff Datenfluss 1 Mess- und Steuerinterface 2 Energiemanagementsystem 3 Zählerinterface 4 Mensch-Maschine-Interface schaltbare Last schaltbare Last steuerbare Last ~ = steuerbare Erzeugung 2. Strategie und Umsetzung 11

12 Bediendisplay des BEMI (PDA Personal Digital Assistant) Kosten 2. Strategie und Umsetzung Preisprofile (variable Tarife) Einsatzpläne 12

13 Projekt DINAR: Potenziale für Energiemanagement im Privathaushalt Kühl- und Gefriergeräte Elektroheizungen Warmwasserboiler Klimaanlagen KWK- Anlagen zukünftig auch USV, Elektrofahrzeuge, PV-Anlagen mit Batteriespeicher Geeignet sind Verbraucher und Erzeuger, die indirekt bzw. direkt über Speicher verfügen! 2. Strategie und Umsetzung 13

14 Projekt DINAR: BEMI-Testaufbau im DeMoTec - Labor Kommunikationsschnittstelle Verbraucher Steuerbare Lampenwand Energietransferschnittstelle Netz Verbraucher KWK-Anlagen PV-WR schaltbar Trockner Gefrierschrank 2. Strategie und Umsetzung 14

15 Teststand BEMI im DeMoTec-Labor: zwei Testhaushalte 2. Strategie und Umsetzung 15

16 Teststand BEMI im DeMoTec Labor: KWK Anlagen mit Wärmespeichern 2. Strategie und Umsetzung 16

17 Teststand BEMI im DeMoTec Labor: Ergebnisse des Feldtests - Testbetrieb von Juli-Oktober Simulation von Wärmebedarfsprofilen und ungemanageten Lasten - Preisübertragung von Städtischen Werken Kassel AG bzw. Strombörse EEX erfolgreich Gerät Mögliche Abschaltdauer (Testergebnis) Einsparung bzw. Zusatzerlös (Testergebnis) theoretische Einsparung bzw. Zusatzerlös (Studie der EUS GmbH) Kühl/Gefrier- Kombination 5-7 h (befüllt) 2,50 /a (ca. 8% der Netto- Jahreskosten) 0,47.. 2,38 /a, je nach möglicher Abschaltdauer KWK-Anlage h 8,37 /a 10 /a - Noch nicht realisierte Einsparungen und Zusatzerlöse: Energieverbrauchssenkung, Senkung der Netznutzungsentgelte, weitere Dienstleistungen 2. Strategie und Umsetzung 17

18 Übergeordneter Manager: Pool-BEMI - Ziel: Management eines Pools dezentraler BEMI Haushalte, Gewerbe und Industrie mit BEMI DEA im Freifeld mit BEMI - Verteilte Intelligenz und Funktionen vieler BEMI nutzen und bündeln - Beibehaltung Grundprinzip dezentrale Entscheidung aufgrund zentraler und dezentraler Informationen - Integrierbarkeit in den liberalisierten Markt: technische Schnittstelle zum VNB schaffen - Neue Dienstleistungen ermöglichen übergeordneter Manager: Pool-BEMI 3. Anwendungen im künftigen Strommarkt 18

19 BEMI im Umfeld des liberalisierten Energiemarktes Regelen. Regelenergiemarkt Bilanzkreisverantw. Übertragungsnetzbetreiber Verteilnetzbetreiber Stundenreserve VN-Dienstleistungen Zählerablesung, Abrechnung Energiemanagement Energie- Dienstleister Pool-BEMI Spotmarkt Zu-/Verkauf Fernüberwachung EEX ~ = BEMI BEMI ~ ~ ~ BEMI ~ BEMI Zählerfernauslesung Energiehandel Dienstleistung 3. Anwendungen im künftigen Strommarkt 19

20 BEMI zum Ausgleich fluktuierender Einspeisung aus PV und Wind - Ergebnisse - Ziel: Reduktion der benötigten Leistung aus regelbaren Kraftwerken bei geringer prognostizierter Einspeisung aus PV und Wind - Simulation von 6400 BEMI mit Kühlschränken und Waschmaschinen 1, Anteil der Arbeit aus regelbaren Kraftwerken in MWh/a ca. 30% Reduktion mit Management ohne Management 67% 81% 104% 124% 146% 166% Möglicher Anteil von PV und Wind an der Stromlieferung 3. Anwendungen im künftigen Strommarkt 20

21 Mögliche Verteilnetz-Dienstleistungen Kritischere Betriebszustände Normalbetrieb Abfahren Lastgangvorgabe Spitzenlastreduktion Bereitstellung Regelleistung Gefährdeter Betrieb automatische Netzüberwachung, Überwachung Versorgungszustand der Kunden Netzengpassüberwachung und - management Lokale Spannungshaltung und Verbesserung der Power Quality Kundeninformation über Systemzustand Fehlereingrenzung Inselnetzmodus DEA-Sicherheitsabschaltung Störungsmeldung an VNB Netzwiederaufbau Störbetrieb 3. Anwendungen im künftigen Strommarkt 21

22 Smart Metering und Hybridfahrzeuge BEMI umfasst Smart Metering -Funktionen: - Fernauslesung der Zählerinterfaces, ¼ h Erfassung Last- und Erzeugungsprofile - Anwendungen: - Feedback ermöglicht Prognose der Kundenreaktion - Aktuelle Verbrauchsinformation per PDA - Leistungsbegrenzung säumiger Kunden durch EMS möglich Einbeziehung privat genutzter Plug-in Hybrids - Hohe Anzahl elektrischer Speicher mit kleinem Speicherinhalt - Management durch BEMI ist ideale Strategie - Anwendungen: - Aufladung der Hybridfahrzeuge unter Ausnutzung regenerativer Quellen BEMI - Zusatzpotenzial für Spitzenlastreduktion und Regelleistung ~ 3. Anwendungen im künftigen Strommarkt 22

23 Resumee und Ausblick - Umsetzbarkeit des Konzeptes der dezentralen Entscheidung technisch und durch Simulation nachgewiesen - Markenanmeldung: - Neu: ISET-BEMI+ Automatische Optimierung mit flexibler und aktiver Einbindung des Kunden Minimierung benötigter Kommunikation durch dezentrale Entscheidung keine Online-Kommunikation Standardisierte Kommunikation keine teure Leittechnik Messtechnische Erschließung des NSN, marktkonforme Verteilnetzmanagement Schnittstelle zwischen VNB und EDL - Parallelbetrieb mit virtuellem Kraftwerk möglich - Technik von morgen erfordert neue Rahmenbedingungen 4. Resumee und Ausblick 23

24 Resumee und Ausblick Erzeugte Leistung in kw BEMI ~ Windenergie Tageszeit in Stunden Photovoltaik Biomasse 4. Resumee und Ausblick 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Jan Ringelstein ISET e.v., Königstor 59, D Kassel, Tel.: , 25