Netzorientierter BHKW-Betrieb

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1 Technische Universität Braunschweig Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen Netzorientierter BHKW-Betrieb Dipl.-Wirtsch.-Ing. Goslar,

2 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz connect & forget integrate Realisierung der Betriebsweise integrate stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

3 Integrationsstrategie connect & forget Spitzenlastkessel Trinkwarmwasserspeicher Versorgungsnetz Heizlast Mini-BHKW elektr. Hausversorgung Therm. Speicher wärmegeführte Betriebsweise

4 Integrationsstrategie connect & forget Betriebszeiten orientieren sich an thermischer Heizlast Betrieb erfolgt primär zu Zeiten hoher thermischer Last im Objekt Netzlast in kw :00 06:00 12:00 18:00 Zeit in hh:mm BHKW-Betrieb ist unkoordiniert und damit schwer planbar Elektrische Energiebereitstellung durch BHKW kann durch den Energieversorger nicht berücksichtigt werden.

5 Integrationsstrategie integrate Leistung S T O P 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm netzorientiertes Erzeugungs-Management S T O P Spitzenlastkessel Trinkwarmwasserspeicher Versorgungsnetz kw kwh Mini-BHKW Heizlast elektr. Hausversorgung Therm. Speicher netzorientierte Betriebsweise

6 Integrationsstrategie integrate Betriebszeiten orientieren sich am Lastgang des Versorgungsnetzes BHKW-Betrieb muss weiterhin die Wärmeversorgung des Objektes sicherstellen Netzlast in kw :00 06:00 12:00 18:00 Zeit in hh:mm m Koordinierter BHKW-Betrieb ermöglicht planbare Energieeinspeisung Schwankungen des Netzlastgangs können reduziert, Rückspeisungen vermieden werden

7 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz connect & forget integrate Realisierung der Betriebsweise integrate stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung des Objektes der Öffentlichkeit Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

8 Realisierung der Betriebsweise integrate Notwendige Informationen: Elektrischer Netzlastgang des Folgetages Thermisches Energiebedarfsprofil des Objektes für den Folgetag Aktueller Speicherfüllstand Möglichkeiten der Realisierung: Stand-alone-Lösung: - Orientierung des BHKW-Betriebs an Standardlastprofilen - keine Abstimmung des BHKW-Betriebs mit realer Netzlast - keinerlei Informationsaustausch Verbundbetrieb: - Verbindung der Anlagen untereinander - Abstimmung des Betriebs im Verbund - Nutzung aktueller Netzlastinformationen - IT-Infrastruktur notwendig

9 Realisierung der Betriebsweise stand-alone-lösung Korrelationsanalyse Netzlast VDEW-Standardlastprofil 1 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 Winter Werktag Winter Samstag Winter Sonntag Übergang Werktag Übergang Samstag Übergang Sonntag Sommer Werktag Sommer Samstag Sommer Sonntag Hohe Korrelation zwischen Standardlastprofilen und Netzlastgang Standardlastprofile erscheinen damit für stand-alone-betrieb geeignet

10 Realisierung der Betriebsweise stand-alone-lösung Keine Informationen über Beeinflussungen der BHKW-Anlagen auf Netzlast Keine Möglichkeiten zur Einflussnahme auf BHKW-Betrieb Leistung Leistung Leistung S T O P S T O P S T O P S T O P S T O P S T O P 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm Mini-BHKW Mini-BHKW Mini-BHKW

11 Realisierung der Betriebsweise Verbundbetrieb Zentrales Fahrplan-Management Leistung S T O P S T O P 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Zeit in hh:mm Kommunikation nach IEC Steuergerät IEC Steuergerät IEC Steuergerät IEC Mini-BHKW Mini-BHKW Mini-BHKW

12 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz connect & forget integrate Realisierung der Betriebsweise integrate stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

13 Referenzsiedlung in Braunschweig 51 Einfamilienhäuser = 51 WE 49 Reihenhäuser = 49 WE 17 Reihenendhäuser = 17 WE 14 Mehrfamilienhäuser = 166 WE 3 Gewerbeobjekte Datengrundlage: Strom- und Gaslastgänge der Siedlung in 15-Minuten-Intervallen Jahresenergieverbrauche für jedes Objekt vorhanden Simulationen: Auslegung der BHKW gemäß: - VDI 3985 (Planungsgrundsätze) - VDI 2067 (Wirtschaftlichkeit) Simulation von vier Szenarien: Durchdringungsgrade 0 %, 10 %, 20 % und 40 %

14 Auswirkungen auf die Energieversorgung im Objekt Wärmegeführt Netzorientiert Stand-alone Im Verbund Senkung der Jahresspitzenlast Änderung der Jahreslastgangspreizung 16 % 18 % 26 % 10 % 8 % - 2 % Änderung der Netzverluste - 20 % - 20 % - 22 % Netzorientierter Betrieb zeigt Wirksamkeit am besten im Verbund Netzorientierter Betrieb führt zu einer signifikanten Vergleichmäßigung des Netzlastgangs Netzverluste reduzieren sich in vergleichbarem Maße

15 Auswirkungen auf die Energieversorgung im Objekt Volllaststunden im Jahr Deckungsanteil therm. Bedarf Anteil KWK-Strom im Objekt Anzahl BHKW- Starts im Jahr Mittlere Laufzeit je Start Anzahl Kalt-starts im Jahr Gebäude mit 2 BHKW Wärmegeführt Gebäude mit 1 BHKW Netzorientiert im Verbund Gebäude mit 2 BHKW Gebäude mit 1 BHKW h h h h 84 % 65 % 85 % 68 % 52 % 55 % 53 % 55 % h 20 h 4 h 5 h

16 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz connect & forget integrate Realisierung der Betriebsweise integrate stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

17 Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien - Annahmen Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz 2009: KWK-Bonus: 5,11 ct./kwh (auch für selbstgenutzten KWK-Strom) verm. Netzentgelte:1,00 ct./kwh Marktübl. Preis: 7,31 ct./kwh Mineralölsteuererl.: 2,10 ct./kwh BHKW-Impulsprogramm: Investitionszuschuss abhängig von der BHKW-Leistung und Laufzeit im Jahr

18 Wirtschaftlichkeit des Integrationsstrategien Gebäude mit einem BHKW Gebäude mit zwei BHKW Ø Heizlast Ø Stromlast Ø Rendite wärmegeführt Ø Rendite netzorientiert kwh kwh 15,3 % 15,9 % kwh kwh 17,0 % 17,8 % Wirtschaftlichkeit der netzorientierten Betriebsweise marginal besser das Ausmaß zu gering für eine Motivation des Anlagenbetreibers größter Mehrwert entsteht viel mehr außerhalb des Objektes Etablierung am Markt erfordert Anreizmechanismen!

19 Ansätze innovativer Marktmodelle Anpassung der KWK-Vergütung: Qualität statt Quantität zeitvariable Vergütung aktuell: 5,11 ct./kwh VDE Studie Smart Distribution 2020 Bundesregierung erwägt Änderung bei Novellierung des EEG und KWKG

20 Ansätze innovativer Marktmodelle Anpassung des marktüblichen Preises bei KWK-Strom-Einspeisung: dynamische Tarifstruktur (z.b. Hoch- und Niedertarif) aktuell: 7,31 ct./kwh

21 Vergleich der monetären Förderansätze Änderung KWK-Vergütung Änderung marktübl. Preissystem Bezugsgröße Gesamter KWK-Strom Eingespeister KWK-Strom Flexibilität Bundesweit einheitlich Von EVU individuell zu entwickeln Kosten Gewinner Effektivität Trägt jeder Stromkunde (Kostenwälzung) EVU Intelligente Anlagenbetreiber Eher gering (kein Bezug zur lokalen Netzlast) Trägt das EVU (Energieeinkauf) Stromkunde Intelligente Anlagenbetreiber Hoch (Preismodell kann auf lokale Netzlast abgestimmt werden)

22 Ansätze innovativer Marktmodell Vorteile dynamischer Tarifmodelle ohne Verbundbetrieb: KWK-Betreiber erhält monetären Anreiz zur Optimierung der Betriebsweise Anlagenbetreiber verfügt über alle notwendigen Informationen für optimierte Betriebsweise Keine regulatorischen Hürden durch Legal Unbundling vorhanden Keine IT-Infrastruktur notwendig Nachteile dynamischer Tarife ohne Verbundbetrieb: Energieversorger verfügt über keine Informationen über BHKW-Betrieb Aktives Energiemanagement (Intraday) nicht möglich Abstimmung der BHKW-Anlagen aufeinander erfolgt nicht Voraussetzungen für einen Verbundbetrieb: Standardisierte, herstellerunabhängige Kommunikation Fernauslesbare Smart Meter

23 Agenda Integrationsstrategien von Mini-BHKW in das Versorgungsnetz connect & forget integrate Realisierung der Betriebsweise integrate stand alone im Verbund Auswirkungen auf die Energieversorgung der Öffentlichkeit des Objektes Marktstrategien (für den Energieversorger) Wirtschaftlichkeit der Integrationsstrategien Ansätze innovativer Marktmodelle Zusammenfassung und Ausblick

24 Zusammenfassung und Ausblick Der Anteil Mini-BHKW-Anlagen wird stark zunehmen Anlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser stehen bereit KWKG 2009 und Mini-BHKW-Impulsprogramm bieten großen Anreiz Ohne eine Steuerung der Anlagen besteht die Gefahr, dass Potenzial der Effizienzsteigerung nicht ausgeschöpft wird Rückspeisungen in vorgelagerte Netzebene in Schwachlastphasen Betrieb von Regelkraftwerken aufgrund ungewisser BHKW-Einspeisung BHKW-Verbundbetrieb bietet das größte Potenzial zukünftige Anforderungen zu bewältigen Abstimmung der Betriebsweisen untereinander möglich Rückmeldung an das EVU sowie Intraday-Einflussnahme möglich Aktuell bestehen keine monetären Anreize einer netzorientierten Betriebsweise für Anlagenbetreiber Dynamische Preismodelle müssen Anlagenbetreiber am Mehrwert im Netz beteiligen.

25 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Technische Universität Braunschweig, Schleinitzstraße Braunschweig, Germany