Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke Neue Energielandschaften

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1 Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke Neue Energielandschaften Augsburg, 7. Oktober 2010 RENEXPO, Messe Augsburg Michael Steck, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 1

2 Eneff:Stadt Auslegung und intelligentes Management optimierter Energieversorgungsstrukturen auf Quartiersebene 2 Die Aktivitäten der FfE auf dem Gebiet Verbund dezentraler Anlagen werden von SWM und EWE finanziert und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

3 Anteil Erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland in % Energiekonzept: Ausbau Erneuerbarer Klimaziele laut Energiekonzept % % % % 10 0 FfE BMWi-0002 Flexibilisierung von DEA_ Historischer Verlauf : Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), 2010 Zukünftiger Verlauf: Energiekonzept - Neun Punkte für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Berlin: Bundesregierung Deutschland, 2010 Der starke Ausbau fluktuierender Einspeiser erfordert vermehrt Regelleistung KWK kann hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.

4 Akteure des Strommarkts Haushaltskunden Kumulierte Verbrauchsprognose ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber) Industriekunden Individuelle Verbrauchsprognose BKV meldet Fahrplan (Bezug und Lieferung des BK) Erzeugungsanlagen Fahrplan nach Einsatzoptimierung Kleinerzeuger Kumulierte Prognose BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, BKV Stromhändler) (Bilanzkreisverantwortlicher, BKV Stromhändler) (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler) 4 EEG-Anlagen Ausgliederung in eigenen Bilanzkreis EEG- Bilanzkreis

5 Behandlung von Prognoseabweichungen BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler) Vortägiger Fahrplan Abweichung ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber) 5 BKV regelt selbst aus (Bilanzkreismanagement) Vertrag: intern, bilateral Istwert VNB (Verteilnetzbetreiber) KWK-Anlagen können einen wichtigen Beitrag zur Netzqualität leisten ÜNB saldiert und setzt ggfs. Regelleistung ein Vertrag: öffentliche Ausschreibung Präqualifikation Arbeits- und Leistungspreis

6 KWK-Anlagen und Minutenreserve Jährliche Erlöse bei durchgängigem Angebot Leistungspreise 2008 Positive Minutenreserve Euro/MW Negative Minutenreserve Euro/MW Leistungspreise 2009 Positive Minutenreserve Euro/MW Negative Minutenreserve Euro/MW Leistungspreise Positive Minutenreserve Euro/MW Negative Minutenreserve Euro/MW 6

7 Elektrische Leistung Theoretisch vermarktbare Minutenreserve P max - Positive Minutenreserve (Im Abruffall: Notkühler, Speicher) P min - Unterhalb Mindestleistung für schnellstartende Anlagen nutzbar Negative Minutenreserve (Im Abruffall: Kessel, Speicher) Sunde Probleme durch eine Prognoseabweichung Gemeldeter Fahrplan weicht ab Vereinbarte Leistungsbereithaltung/Energielieferung wird verletzt 7 Lösungen Abweichungen intern ausregeln Reduzierte Regelenergievermarktung

8 Simulationsmodell Untersuchungsobjekt 2 BHKW mit Spitzenlastkessel und Speicher Gemeinsame thermische Last (Prognose und Istwerte über 250 Tage) Optimierungsverfahren: Gemischt Ganzzahlige Lineare Programmierung Rechenzeit: 1 bis 5 Minuten pro Betrachtungstag inkl. 23 Resttagoptimierungen 1 12 BHKW 1 BHKW 2 Kessel 1 Kessel Q 8 9 Q Speicher 1 Speicher Verbraucher V1 V2 V Sp 3 4 8

9 Strompreis in Euro/MWh Füllstand des therm. Speichers Thermische Last Füllstand des therm. Speichers Speicherkonzepte Speicherfüllstand Strompreis 120% 100% 100% 90% 80% 100% 90% 80% 40 80% 70% 60% 70% 60% Hoher Preis -> Verkauf -> Speicherbeladung 0% Zeit in h Marktspeicher 60% 40% 20% oder 50% 40% 30% 20% 10% 0% Füllstand Progn. th. Last Reale th. Last Zeit in h Regelspeicher 50% 40% 30% 20% 10% 0% Die Größe des Marktspeichers kann über die nutzbare Größe in der Vortagsplanung eingestellt werden, die Größe des Regelspeichers ergibt sich aus dem Freiheitsgrad zum Zeitpunkt der Prognoseabweichung. 9

10 Thermische Last Reduzierte Prognose 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Progn. th. Last reduzierte Prognose Reale th. Last Zeit in h Vorteil einer reduzierten Prognose: Überproduktionen und Fahrplanabweichungen werden reduziert. Nachteil einer reduzierten Prognose: Unterproduktionen, die durch den Kessel ausgeglichen werden müssen, treten verstärkt auf. Durch eine reduzierte Prognose lassen sich elektrische Fahrplanabweichungen reduzieren, allerdings steigt der Anteil der ungekoppelten Stromerzeugung. 10

11 Leistung Leistung Prognostizierter und realer Lastverlauf Vortagsfahrplan*) (Basierend auf der Prognose) Tatsächlicher Fahrplan*) (Ergebnis nach allen Änderungen) *) Die Ergebnisse des Vortagsfahrplans werden als ex ante und die Ergebnisse, wie sie sich in der Simulation am Ende des Tages nach allen Resttagoptimierungen ergeben, als ex post bezeichnet. 11 Direktvermarktung von KWK erfordert Prognoseerstellung Hoher Einfluss der Prognosegüte auf die Erlöse Simulation berücksichtigt Prognoseabweichungen und untersucht die resultierenden Erlöse

12 Erlöse Speicherbewirtschaftung 110% Ex Post Erlöse Ex Ante Erlöse 100% 90% 80% 70% 60% 50% unbegrenzter d10050b Markt- und 100% Marktspeicher, d20b 50% Marktspeicher, d21b 100% Regelspeicher, d22b Regelspeicher BK-Abweichung: 4,5% 50% Regelspeicher, BK-Abweichung: 0,5% BK-Abweichung: 0,0% BK-Abweichung: 3,1% 12 Zielkonflikt: Speichernutzung für Prognoseabweichungen oder für Folgetagoptimierung nutzen?

13 Erlöse Vergleich der Minutenreservevermarktung 110% Ex Post Erlöse Ex Ante Erlöse 100% 90% 80% 70% 60% 50% Bilanzkreisverletzung: < 4,5% Bilanzkreisverletzung: < 4,4% Bilanzkreisverletzung: < 4,3% Bilanzkreisverletzung: < 1,9% Bilanzkreisverletzung: < 3,1% Bilanzkreisverletzung: < 1,2% 100% 0_2 Marktsp. LP3 AP0 100% 0_2 LP2 Marktsp. AP0 100% 0_2 Marktsp. LP2 AP1 0_2 100% LP2 Marktsp. AP1 redp 50% 1_2 Regelsp. LP2 AP1 1_2 50% LP2 Regelsp. AP1 redp Max. MR LP Kein MR-Abruf MR-AP72 /MWh reduzierte Prog MR-AP72 /MWh reduzierte Prog. Kein MR-Abruf MR-AP72 /MWh MR-AP72 /MWh *) Reduzierte Prognose bedeutet, dass nur 90% der prognostizierten thermischen Last in die Einsatzplanung einfließen. Wärmeüberproduktionen treten dadurch seltener auf, Unterproduktionen können mit dem Kessel ausgeglichen werden. 13 Durch eine reduzierte Prognose*) und eine Speichervorhaltung für Prognoseabweichungen lassen sich die Bilanzkreisverletzungen reduzieren.

14 Erlöse Vergleich der Vermarktungspfade (geförderte Anlage) Zusatzerlöse ex post (ex ante) 120% +0,2% (+3,7%) +7,0% (+10,6%) +9,3% (+13,0%) 100% 80% 60% 40% Betriebskosten KWK- Bonus Vermiedene Netznutzung Stromerlös 20% 0% -20% -40% Wärmeerlös -60% wärmegeführt DA-Vermarktung DA- / MR-Vermarktung (mittlerer Leistungspreis) DA- / MR-Vermarktung (max. Leistungspreis) 14 Durch eine optimierte Direkt- und Regelenergievermarktung ließen sich ohne Prognoseabweichungen Zusatzerlöse von bis zu 13 % erwirtschaften, durch Prognoseabweichungen reduzieren sich die Zusatzerlöse auf max. 9,3 %.

15 Erlöse Vergleich der Vermarktungspfade (ungeförderte Anlage) 120% 100% +6,6% (+9,8%) +14,8% (+17,9%) +17,8% (+21,1%) 80% 60% 40% Stromerlös 20% 0% -20% -40% Wärmeerlös Betriebskosten -60% -80% wärmegeführt DA-Vermarktung Durchschnittspreis DA- / MR-Vermarktung (mittlerer Leistungspreis) DA- / MR-Vermarktung (max. Leistungspreis) Bei Anlagen ohne KWK-Förderung sind die Zusatzerlöse identisch, fallen jedoch stärker ins Gewicht. 15

16 Zusammenfassung Aus der durchgeführten Simulation mit 2 KWK Anlagen lassen sich folgende Zusatzerlöse einer ungeförderten Anlage ableiten: Zusatzerlöse aus Direktvermarktung (Day-Ahead-Markt): Prognostiziert (ohne Prognoseabweichung): + 9,8 % Unter Berücksichtigung von Prognoseabweichungen: + 6,6 % Zusatzerlöse aus Direkt- und Minutenreservevermarktung: Prognostiziert (ohne Prognoseabweichung): + 17,9 21,1 % Unter Berücksichtigung von Prognoseabweichungen: + 14,8 17,8 % Bei der Direktvermarktung können nicht alle Fahrplanabweichungen korrigiert werden, vereinzelt treten durch Über- und Unterproduktionen Bilanzkreisverletzungen auf. 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Michael Steck +49 (89) Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München 17

18 Schema eines Regelleistungsabrufs 1/3 Zentrale el. Last (Prognose) KWK1 KWK2 th. Last th. Last 2 th.+ el. Erz. SLK (teuer) th.+ el. Erz. SLK (billig) ÜNB th. Speicher th. Speicher ÜNB Übertragungsnetzbetreiber SLK Spitzenlastkessel 18

19 Schema eines Regelleistungsabrufs 2/3 Zentrale neg. Reserveabruf KWK1 KWK2 th. Last th. Last 2 th.+ el. Erz. SLK (teuer) th.+ el. Erz. SLK (billig) ÜNB th. Speicher th. Speicher ÜNB Übertragungsnetzbetreiber SLK Spitzenlastkessel 19

20 Schema eines Regelleistungsabrufs 3/3 Zentrale neg. Reserveabruf KWK1 KWK2 th. Last th. Last 2 th.+ el. Erz. SLK (teuer) th.+ el. Erz. SLK (billig) ÜNB th. Speicher th. Speicher ÜNB Übertragungsnetzbetreiber SLK Spitzenlastkessel 20

21 Ausblick Erweiterung der Simulation auf mehrere KWK-Anlagen unterschiedlicher thermischer Lastgänge und Untersuchung des Einflusses der Prognoseabweichungen: Vereinfachter Ausgleich der Abweichungen und damit verbesserte Wirtschaftlichkeit durch Skaleneffekte? 21