Integration dezentraler Energieerzeuger

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1 OFFIS-Tag Energie Oldenburg Prof. Dr.-Ing. Rainer Bitsch Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 1

2 Wandel in der Energieversorgung gestern: zentral z.b. elektrisch morgen: zentral + dezentral + integral Erzeugung Ü b e r t r a g u n g Automatisierung, Kommunikation, Intelligente Systeme Erzeugung Ü b e r t r a g u n g V e r t e i l u n g V e r t e i l u n g as Wärme / Wasser BHKW Trend/ Ziel: Integrierte geregelte Energieoptimierung von unten anstelle getrennter gesteuerter Verteilung einzelner Energieformen von oben. Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 2

3 Dezentrales Energiemanagementsystem DEMS Beispielhafte Modellierung rundlastvertrag Spitzenlastvertrag Exportvertrag Realer Reservevertrag Virtueller Reservevertrag Randintegral Primärenergie Strom Wärme Solaranlage BES Anlage Windpark roßkunde A roßkunde B asturbinen Anlage Nachtspeicheranlagen Nicht beeinflussbare Last Brennstoffzelle Blockheizkraftwerk Thermische Last Bezug Erdgas Heizwerk Bezug Rapsöl Bezug Anmerkung: Netztopologische Orientierung, keine technischen Restriktionen Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 3

4 Intelligentes Dezentrales Energieversorgungssystem mit Kraft-Wärme-Kopplung AE therm. KW asturbine, Dezentrales Energiemanagement System DEMS Prognose Wetter regenerative Erzeugung Last Einsatzplanung Erzeugung, Speicher, Lasten einschl. Querverbund, Bezugs-/Lieferverträge, Primärenergieverträge, Reserven EM EM EM EM EM EM LM LM LM LM... Lastmanagement Kat. A B regelbar AE AE regen. KW Wind, Solar Energiebezug / Lieferung / Verträge Online Optimierung Erzeugung Speicherung Last RST/ Konz. EM... Erzeugungsmanagemt. verteilte Erzeugung (Brennstoffzelle, Microturbine) steuerbar Prozeßschnittstelle C nicht beeinflußbare Erzeugung AE A AE AE AE RST/ Konz. LAN / WAN, ISDN, SM OPC, XML A B C regelbar verteilte Lasten (therm. u. elektr.) steuerbar nicht beeinflußbare Lasten BHKW Motor, Brennstoffzelle mit Fahrplan bzw. Estimation (RST) nur prognostizierbar AE... Automatisierungseinheit Erzeugung Speicher Last elektr. therm. therm. u. elektr. mit Estimation nur prognostizierbar Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 4

5 roßflächige Optimierung dezentraler Energiesysteme Randintegral Primärenergie Strom Wärme Bezug Erdgas rundlastvertrag Spitzenlastvertrag Exportvertrag Realer Reservevertrag Virtueller Reservevertrag BES Anlage Windpark Thermische Last Solaranlage asturbinen Anlage Brennstoffzelle Potentialaggregation rosskunde A Nachtspeicheranlagen Blockheizkraftwerk Heizwerk rosskunde B Nicht beeinflußbare Last DEMS Bezug Bezug Rapsöl roßflächige Optimierung dezentraler Energiesysteme durch Kaskadierung mit Potentialermittlung und Profilvorgabe zu virtuellen roßanlagen MW W Lokale dezentrale Energieoptimierung im Energiemix einschl. Querverbund Leistungsbereich: xx MW Konzentrator verteilte kleine KWK- Einheiten (kw) Intelligente Aggregration verteilter Kleinanlagen durch Konzentratoren zu virtuellen roßanlagen kw MW Anmerkung: Netztopologische Orientierung, keine technischen Restriktionen Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 5

6 Windenergieentwicklung in Deutschland Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 6

7 eplanter Ü-Netzausbau nach dena I bis 2015 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 7

8 eordnete Windleistungsdauerlinie - Beeinflussungsoptionen Netzsicherheitsmanagement (NSM): Regelmodus Spitzenleistungsbegrenzung P/PNenn [%] Regel- Leistung Leistungsregelung Speicherung Erzeugungsmanagement Profilbasierte Einspeisung Energieregelung Benutzungsstunden Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 8

9 eschlossene Windsammelschiene in Norddeutschland und Druckluft-Speicher in norddeutschen Salzstöcken (?) Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 9

10 ...und wir müssen den künftigen Energiemix beherrschen: auch das Management fluktuierender Erzeugung! EU-Ziele für Erzeugung 2010 Max./ Spitzen-Beitrag 40 % konventionell KWK, inkl. Bio/BZ Wasser Wind Photovoltaik 60 % 100 P, % Pumpspeicherleistung Pumplast Mittlerer Beitrag regenerativer und verteilter Erzeugung 40 % MAX Konventionelle Erzeugung Quelle: Siemens PTD SE PT Was passiert mit dem Überschuss? Stunde Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 10

11 Marktorientierte Betriebsführung Szenario-Ausgangsbasis Börsen/Handel ÜNB (TSO) Händler/BKV Händler/BKV Händler/BKV Kraftwerk Virtuelles KW Transfer der Fahrplandaten Datenaustausch DEMS / EMS Transfer der Fahrplandaten SDL VNB (DSO) kraftwerk Virtuelles KW DEMS DEMS WEA Energiespeicher Energiespeicher Datenkonzentrator SDL Dezentrale Kleinsterzeuger Quelle: eorg Diss. jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 11

12 Mögliche Szenario-Modellierung Händler/BKV (Handelssystem) Energiedienstleister asturbine Kraftwerk WPC Energiespeicher beeinflussbare Lasten IPP asturbine WPC PV-Anlage Kraftwerke Energiespeicher Austausch von Fahrplänen (Lieferangebote, Liefervereinbarungen) WPC Kraftwerk beeinflussbare Lasten BHKW Nicht beeinflussbare Lasten Versorger Therm. Speicher Thermische Last Quelle: Diss. jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 12

13 Erzeugungsprognose WPC (IPP) 80000, , , , , , , ,000 0, : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :15 P [kw] Zeit Prognostizierte Leistung Unteres Prognoseband Oberes Prognoseband Quelle: Diss. jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 13

14 Elektrische Fahrpläne IPP Elektrische Fahrpläne asturbinen-anlage -KW 1 -KW 2 Export- BES-Anlage Windparkcluster PV-Anlage : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :30 Elektrische Leistung [kw] Zeit Quelle: Diss. jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 14

15 Elektrische Fahrpläne Versorger Elektrische Fahrpläne rundlast- Blockheizkraftwerk -Kraftwerk Export- Windparkcluster : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :30 Elektrische Leistung [kw] Zeit Quelle: Diss. jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 15

16 Elektrische Fahrpläne EDL Elektrische Fahrpläne asturbinen-anlage -Kraftwerk Export- Energiespeicher Windparkcluster : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :30 Elektrische Leistung [kw] Zeit Quelle: Diss. jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 16

17 Deckungsbeiträge und genutzte Windenergie Deckungsbeitrag [EUR] genutzte Windenergie [%] IPP Versorger EDL 0 IPP Versorger EDL Quelle: jardy 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 17

18 Dezentrales kommunales Versorgungskonzept Verbraucher Verteilungsnetz Kommunikation thermische elektrische Energie Haushalte Industrie Erzeuger / Speicher Wind Sonne as Vert. Batterie KWK + Speicher Interaktive Zählertechnik Energiemanagement zentrum Prognose, Einsatzplanung, Optimierung, Regelung, Überwachung, Erfassung, Kommunikation Erzeugung Speicherung Verbrauch Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 18

19 Elektrisches Modellnetz für kommunale Versorgung Wind ~ Industrie T ~ PV ~ Biogas KWK ~ 110 kv 10/20 kv NS1 Batterie KWK ~ NS Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 19

20 Restlast MS Wind1 PV Import Slack Export Slack Import Export Import Reserve Export Reserve Wind2 Slack Sterling Slack Motor Slack Mikro Slack BSZ Öl as Öl as Slack Sterling Slack Motor Slack Mikro Slack BSZ Sterling KWK Motor KWK Mikro KWK BSZ Sterling KWK IPP Motor KWK IPP Mikro KWK IPP BSZ IPP Industrie Last T MS Last 1.1 Last 1.2 Last 2.1 Last 2.2 Last 3 Last 1.1 Last 1.2 Last 2.1 Last 2.2 Last 3 as NS1 Export Börse IPP PV1 PV2 Öl HW Tech x. Reg Batterie Motor KWK MS 2 Last Mixer XOR Mixer XOR KWK MS NS2 Export Börse IPP PV1 PV2 Biogas Slack Last1 Last2 Last3 Last4 Last1 Last2 Last3 Last4 HW as Restlast Tech x. Reg Last 1.1 Last 1.2 Last 2.1 Last 2.2 Last 3 Last 1.1 Last 1.2 Last 2.1 Last 2.1 Last 3 1 HS Sterling KWK Motor KWK Mikro KWK BSZ Sterling KWK IPP Motor KWK IPP Mikro KWK IPP BSZ IPP Slack Sterling Slack Motor Slack Mikro Slack BSZ MS Öl as Öl as Slack Sterling Slack Motor Slack Mikro Slack BSZ Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Rainer Bitsch Prof. Dr.-Ing. R. Bitsch 21

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