Vom Ob zum Wie Herausforderungen an die Energiewende in Rheinland - Pfalz

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1 Vom Ob zum Wie Herausforderungen an die Energiewende in Rheinland - Pfalz Prof. Dr. R. Simon Oktober

2 Randbedingungen einer zukünftigen Energiewirtschaft Methoden der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks und Entwicklung von Geschäftsmodellen 4

3 Zielvorgaben der Energieeckdaten auf verschiedenen Ebenen zum Beispiel Ziele im Bereich des Ausbaus der Regenerativen Stromerzeuger bzw. der CO2-Emissionen Europa bis 2050: Deutschland bis 2050: Rheinland-Pfalz bis 2030: 80% Regenerative Stromerzeugung 80% Regenerative Stromerzeugung 100% Regenerative Stromerzeugung 5

4 Beispielhafte Klimaschutzinitiativen in Rheinland-Pfalz 6 Quelle: EVM, 2012

5 Beispielhafte Klimaschutzinitiativen in Rheinland-Pfalz 7 Quelle: EVM, 2012

6 Ausbauziele der Landesregierung für RLP TWh 10 TWh 5 TWh TWh Biomasse Geothermie Photovoltaik Wasserkraft Wind Installierte Leistung MW 30 MW MW 255 MW MW ~22 TWh/a Strombedarf sollen 2030 bilanziell durch EE gedeckt werden 8 Quelle: Landesregierung RLP ( ) Energiewende in Rheinland-Pfalz

7 Windenergie in Rheinland-Pfalz Installierte Gesamtleistung: MW Gesamtanzahl der Anlagen: (Stand 06/2012) 9

8 Windenergie in Rheinland-Pfalz Installierte Gesamtleistung: MW Gesamtanzahl der Anlagen: (Stand 06/2012) 10

9 Photovoltaik in Rheinland-Pfalz Installierte Gesamtleistung: MWp (Stand 06/2012) 11

10 Regionale Ziele in RLP: Beispiel Rheinhessen EWR Netz GmbH: Netzlast und EE-Einspeisung in [kw] Windkraftleistung überschreitet Netzhöchstlast in Quartal 2.Quartal 3.Quartal 4.Quartal 12 Quelle: Krämer, EWR: Dez. 2011

11 Regionale Ziele in RLP: Beispiel Rheinhessen EWR Netz GmbH: Netzlast und EE-Einspeisung in [kw] Quartal 2.Quartal 3.Quartal 4.Quartal 13 Quelle: Krämer, EWR: Dez. 2011

12 Verteilung des Energiebedarfs in Deutschland in 2010 Wege der Energiewende: Reduktion des Energiebedarfs, v.a. im Wärmebereich Ausbau der erneuerbaren Stromerzeuger

13 Verteilung des Energiebedarfs in Deutschland in 2050 Konsequenzen: Unterschiedlich lange Phasen von Stromüberschuss und mangel Bedarf an Netzausbau im Bereich Übertragungs- und Verteilnetz Integration von Stromspeichern bzw. Lastverschiebungsmöglichkeiten unterschiedlichster Art Aufbau eines zusätzlichen Netzes zur Kommunikation = Smart Grid Datenquelle: Schmid J., IWES Kassel Jun. 2010

14 Randbedingungen einer zukünftigen Energiewirtschaft Methoden der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks und Entwicklung von Geschäftsmodellen 16

15 Stromspeicher 1 Batterie bzw. Akkumulator Batterie als Stromspeicher z. Z. teuer Zukunftsthema bei der Geschwindigkeit des Ausbaus der fluktuierenden EE muss die Geschwindigkeit der Batterieentwicklung deutlich erhöht werden 17

16 Stromspeicher 2 - Pumpspeicherkraftwerk Pumpspeicherkraftwerke bewährte Technik der zentral versorgten Stromwelt. keine dezentrale Lösung, nur im Sinne der Frequenzhaltung einsetzbar. Keine Spannungssteuerung im Verteilnetz möglich lange Bauzeiten, hohe Startinvestitionen wenig geeignete Möglichkeiten kurzzeitiger Speicher 18

17 Stromspeicher 2 - Pumpspeicherkraftwerk auch mit dezentralem Charakter möglich Ausnutzen von Höhenunterschieden, die sehr oft vorkommen Wettbewerb kreativer Ideen notwendig Pumpen-Turbinen Technik der KSB, Frankenthal 19

18 Stromspeicher 3 Wasserstoff und Methanisierung Hohes Potential, Im MegaWatt Bereich als Prototyp im Aufbau, als Langzeitspeicher geeignet. Erhöhung des Wirkungsgrads notwendig 20 Bildquelle, JUWI bzw. Specht, ZSW 2009

19 Stromspeicher 3 Wasserstoff 21

20 Industrie/Gewerbe Versorgungsnetze Stromspeicher 4 virtueller Stromspeicher Speicher KWK Speicher Elektrolyse + Sabatier Wärme EHeizer, WP Gas Speicher Strom Druckluft Kälte Produktion Speicher Speicher Speicher unvollständige Darstellung 22

21 Stromspeicher 4 virtueller Stromspeicher Beispiel Kraft-Wärme-Kopplung Motor Wärmespeicher Gas Wärme Wärme Strom 23

22 Stromspeicher 4 virtueller Stromspeicher Beispiel Kraft-Wärme-Kopplung Motor Wärmespeicher Einsparung von Gas Sicherstellung der Wärmeversorgung Gas Wärme Wärme Elektro-Erhitzer Strom Strom Netzsituation: Stromüberschuss z. B. durch sehr gute Windverhältnisse 24

23 Stromspeicher 4 virtueller Stromspeicher Ausnutzen vorhandener Strukturen, wie KWK, Laststeuerung 1, industrielle Kältespeicher, industrielle Druckluftspeicher 2, elektrische Wärmeerzeuger wie Wärmepumpe, Elektroheizer mit Speicher Win-Win-Situation zwischen Verteilnetzbetreiber und ansässiger Industrie / Gewerbe Symbiose zwischen Versorger und Industrie zum optimierten Netzmanagement 1: kommt aus dem Energiemanagementsystem, das z. Z. in vielen Firmen eingeführt wird 2: z. Z. werden Druckluftspeicher, Druckluftnetze während der Produktion genutzt. Warum sollten nicht während Phasen des Stromüberschusses nutzbar sein? Gleiches gilt für Kältespeicher 25

24 Stromspeicher 4 virtueller Stromspeicher Schmid J.: Benötigte Speicherleistung in 2050 im Bereich 50 GW Leistung 1 Klobasa M.: Potential im Sektor Industrie Potential im Sektor Gewerbe/Handel 2,8 GW 10,3 GW Potential im Sektor Haushalt 20,6 GW 2 Zur Einordnung: Potential in der Industrie entspricht dem kompletten Bedarf an Regelenergie im Bereich der Minutenreserve 1 Schmid J.: Dezentrale Energieversorgung und Speichertechnologien, Beirat WIE Okt Klobasa M.: Dynamische Simulation eines Lastmanagements Dissertation ETH 26 Zürich, 2007

25 Stromspeicher 4 virtueller Stromspeicher Schmid J.: Benötigte Speicherleistung in 2050 im Bereich 50 GW Leistung 1 Klobasa M.: Potential im Sektor Industrie Potential im Sektor Gewerbe/Handel 2,8 GW 10,3 GW 27 Potential im Sektor Haushalt 20,6 GW 2 Diverse Probleme zur Erschließung der Potentiale in der Industrie, im Gewerbe bzw. im Haushalt Zur Einordnung: Potential in der Industrie entspricht dem kompletten Bedarf - Angst an vor Regelenergie Komforteinbußen im Bereich der Minutenreserve - Angst vor geringeren Produktionsmengen - - Investition in Kommunikationstechniken - Kommunikationskosten 1 Schmid J.: Dezentrale Energieversorgung und Speichertechnologien, Beirat WIE Okt Klobasa M.: Dynamische Simulation eines Lastmanagements Dissertation ETH Zürich, 2007

26 Randbedingungen einer zukünftigen Energiewirtschaft Methoden der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks und Entwicklung von Geschäftsmodellen 28

27 Definition des virtuellen Kraftwerkes virtuelles Kraftwerk = dezentrale Energiestationen + zentrale Ansteuerung 29

28 Bedarf an Minutenreserve in Deutschland 30

29 Positive Minutenreserve Ausschreibungsergebnisse 2012 Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von /MW a gezahlt Arbeitspreis: mittleres Ergebnis: für erzeugten Strom wird im Jahresmittel ein Betrag von 247 /MWh gezahlt Zeitraum: bis

30 Negative Minutenreserve Ausschreibungsergebnisse 2012 Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von /MW a gezahlt Arbeitspreis: mittleres Ergebnis: für aufgenommenen bzw. nicht erzeugten Strom wird im Jahresmittel ein Betrag von 187 /MWh gezahlt Zeitraum: bis

31 Bedarf an Regelleistung in Deutschland Deutliche Zunahme der Regelleistung bedingt durch den Zubau installierter Windkraftund Photovoltaikleistung je nach Wetterlage Schwankungen der ausgeschriebenen Leistungen positive Regelenergie 33 Datenquelle: DLR, et. al.: Langfristszenarien, Mrz. 2012

32 Bedarf an Regelleistung in Deutschland Deutliche Zunahme der Regelleistung bedingt durch den Zubau installierter Windkraftund Photovoltaikleistung je nach Wetterlage Schwankungen der ausgeschriebenen Leistungen negative Regelenergie 34 Datenquelle: DLR, et. al.: Langfristszenarien, Mrz. 2012

33 Überregionale Lieferung von Regelenergie durch virtuelle Kraftwerke Virtuelles Kraftwerk made in Rheinland-Pfalz Heute: Betrieb und Weiterentwicklung von diversen virtuellen Kraftwerken in Deutschland Systembereitsteller gefördert vom Ministerium für Umwelt, Forsten u. Verbraucherschutz (MUFV), Rheinland-Pfalz Stand Aug. 2012: >70 MW präq. Leistung mit >100 präq. Anlagen

34 EC24 zur dezentralen Wertschöpfung im Smart Grid ÜNB EC 24MRL TE TE TE Globale Optimierung z. B. im Bereich Systemdienstleistungen für TSO EC 24DSO TE TE Lokale Optimierung z. B. im Bilanzkreismanagement für DSO TE = Technische Einheit, z. B. BHKW, Gasturbinen, Netzersatzanlagen, Wärmepumpe, Verbraucher, usw. 36

35 EC24 DSO zur dezentralen Wertschöpfung Weiterentwicklung des Ausgleichsenergiepreissystems: diverse Vorschläge aus Eckpunktepapier BK der NetzA, , die teilweise zum umgesetzt werden sollen: z. B. wenn mehr als 80% der kontrahierten Regelleistung abgerufen wird, Zuschlag von 50% auf den rebap mindestens jedoch 100 /MWh Ziel: Abwendung von Spekulationen gegen den Ausgleichenergiepreis durch Erhöhung der Kosten und Erhöhung des Risikos rebap = regelzonenübergreifender Bilanzausgleichspreis 37

36 Zusammenfassung im zukünftigen Energiemix wächst die Bedeutung für das Thema Stromspeicherung und für flexible Stromerzeuger bzw. -verbraucher Zunahme des Bedarfs an Regelenergie Volkswirtschaftlich ist es nicht sinnvoll, die kostenarme Produktion von überschüssigem Windstrom zu reduzieren Aufbau von elektrischen Stromspeichern bzw. Möglichkeiten der Lastverschiebung notwendig. Erst die Integration in ein virtuelles Kraftwerk bewirkt einen Beitrag zur Netzstabilität Das Bilanzkreismanagement wird in Zukunft an Bedeutung gewinnen. 38

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt Prof. Dr. Ralf Simon Seite 39