Lastmanagement Erfahrungen und zukünftiger Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien

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1 Lastmanagement Erfahrungen und zukünftiger Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien Kosten bei der Anbindung flexibler Nachfrage Marian Klobasa Fraunhofer Institut für System und Innovationsforschung Energie Speicher Symposium Stuttgart, 13. März 2013

2 Agenda Bisherige Lastmanagement-Erfahrungen Zukünftiger Beitrag von Lastmanagement Kosten von DSM Flexibilität im Vergleich zu anderen Speicherkosten Fazit Seite 2

3 Effizienzsteigerung durch Demand Response Effizienzsteigerungen durch Lastmanagement Verbesserung der Systemsicherheit durch Reduktion der Spitzennachfrage und der Regelleistung Reduktion des Börsenpreises und der Preisvolatilität Optimierte Beschaffung durch angepasste Lastprofile Lastmanagement ist eine bereits existierende Ressource, welche mit geringen Investitionen aktiviert werden kann p* p L * Strompreis Erzeugungskurve Kurzfristige Nachfragekurve n L * n* Stromnachfrage Seite 3

4 Lastmanagement im deutschen Strommarkt Regelenergiemarkt Regelenergiemarkt Minuten-/Sekundärreserve Pools (e.g. Evonik New Energies/Entelios) Implementierung des ersten Regelenergiepools mit verlagerbaren Lasten bereits 2002 durch die Steag Saarenergie (heute Evonik New Energies) Prä-qualifizierung von über 1000 MW an positiver Minutenreserve und knapp 1000 MW an negativer Minutenreserve. Minimum Kapazität lag bei ca. 2 MW, aber auch kleinere Anwendungen konnten integriert werden. Nachfrageseitige Lasten steuerten mehrere hundert MW an Leistung zu diesem Pool bei (Chemie Industrie, Stahl Industrie, Alu Industrie) Neue Akteure sind aktiv: entelios, Next Kraftwerke, Stadtwerke Düsseldorf, Stadtwerke München Status Quo nachfrageseitige Lasten im Regelenergiemarkt (Quelle: u.a. DENA Netzstudie II) Präqualifizierte Leistung für den Regelenergiemarkt ca MW: 660 MW Chlor Elektrolyse, 227 MW Aluminium Elektrolyse, 550 MW Elektro-Stahlerzeugung Neue Anwendungen: Papier-, Zement-, Ernährungsindustrie Seite 4

5 Lastabschaltverordnung Verabschiedung der Lastabschaltverordnung Ende 2012 Regelt die Vergütung von abschaltbaren Lasten Leistungsvorhaltung wird mit /MW pro Jahr vergütet Bei Abruf wird ein Arbeitspreis zwischen 100 und 500 /MWh gezahlt Hohe technische Anforderungen an teilnehmende Lasten Minimum von 50 MW Pooling ist möglich, aber einzelne Lasten müssen mindestens 10 MW bereitstellen Vorankündigungszeiten 1500 MW sollen frequenzabhängig (relaisgesteuert) geschaltet werden (innerhalb von Sekunden) 1500 MW sollen innerhalb einer Vorankündigungszeit von einigen Minuten aktiviert werden. Ausschreibung durch die Übertragungsnetzbetreiber Seite 5

6 DSM in the US Beteiligungsrate Kontrahierter und aktivierter Verbrauch in US demand response Programmen Aktivierung von % des kontrahierten Verbrauchs in : Contracted demand 58.3 GW 2010: 7,1 % potentielle Spitzenlastreduktion Quelle: Federal Energy Regulatory Commission (FERC), 2009 Seite 6

7 Lastmanagement in Europa In GB existieren 2 Programme für Lastmanagement STOR: Short Term Operating Reserves Bereitstellung von Lasten zur Frequenzregelung, Mindestkapazitäten von 3 MW müssen bereitgestellt werden. DPCR5: Distribution Price Control Review Lastmanagement ist wird als Alternative zu Netzausbaumaßnahmen im Rahmen der Preisregulierung für Verteilnetze anerkannt. Lastmanagementprogramme in Ireland WPDRS: Winter peak demand reduction scheme Verbraucher werden für Lastreduktionen vergütet, Mindestleistungen von 250 kw über 2 Stunden (17 19 Uhr). STAR: Short term active response Unterbrechbare Lasten, die frequenzabhängig abgeschaltet werden (Relaisgesteuerte Abschaltungen) => Erste Erfahrungen in der EU existieren. Treiber für Lastmanagement wie Netz- bzw. Erzeugungsengpässe gewinnen an Bedeutung Seite 7

8 Zukünftiger Beitrag von Lastmanagement Treiber für Lastmanagement sind insbesondere Kapazitäts- und Netzengpässe Bereits heute im Netzbetrieb relevant Dargebotsunabhängige Erzeugungskapazität Süddeutschland Netzmaßnahmen Winter 2011/2012 Seite 8

9 Technische Potenziale für Lastmanagement Sektor Industrie Anwendung Prozesstechnik, Querschnittsanwendungen Verlagerbare Energie [GWh] Maximale Leistung [MW] Gewerbe, Handel, Dienstleistungen Kälte- und Klimatisierungstechnik ohne Klimatisierung Haushalte Kälte- und Wärmetechnik, weitere ohne Wärmepumpen und Nachtspeicher Gesamt Sommer ca ca Winter (ohne Nachtspeicher/ Wärmepumpen) ca ca Quelle: Klobasa 2009, Verlagerungsdauern 1 4 Stunden Seite 9

10 Technische Potenziale für Lastmanagement Anwendung Quelle: Klobasa 2009 Seite 10 Sektor [TWh] [%] Strombedarf Lastmanagementfaktor Aktivierung pro Jahr Max. Dauer [h] Verlagerbare Energie [GWh] Max. Leistungsshift [MW] Kälte Lebensmittel 6, Klimatisierung Kühlhäuser 1, sonstige 2, Bürogebäude 1, Einzelhandel 2, Hotelgebäude 0, Gastronomie 0, Ventilation/ Belüftung alle 16, Wärme Warmwasser 16, Back-Up Nachtspeicher Server, Mobilfunkstationen 7,5 400 Summe (gerundet) ca

11 Kosten eines Lastmanagement Kostenabschätzungen für die Anbindung von Lastmanagementpotenzialen z. B. von Kühlhäusern (Anfangsinvestition) Anbindung von Anlagen (z.b. Kältekompressoren) bzw. Stromzähler an den Steuerungs-PC Aufwand für PC, Schnittstellen, Arbeitsaufwand zur Installation, Datenübertragung (Kabel, Modem, UMTS) Software Anpassungen (Anlagensteuerung, DSM-Leitsystem) Anbindungsaufwand in Fallstudien gewerblicher Bereich Pilot hohe Stk Standard W1 W2 W3 G1 G2 G3 K1 K2 K3 R1 R2 R3 Fallstudien Quelle: auf Basis Focken et al Seite 11

12 Aktivierungskosten für Lastmanagement Zwei Arten von Lastmanagement: Lastverlagerung: Kein oder nur geringer Einfluss auf Produktionsmengen, daher sind die Kosten in der Regel sehr gering Dauer der Verlagerung in der Regel begrenzt, meist hohes Leistungspotenzial aber begrenzte Energiemengen Lastabschaltung: Produktion kann nicht nachgeholt werden, Kosten daher in der Regel hoch bis sehr hoch Theoretisch hohes Potential, aber deutlich höhere Kosten Seite 12

13 Aktivierungs- und Abschaltkosten Abschätzung zu Aktivierungskosten und Abschaltkosten in Deutschland 2008 Recycling Wasserwerk Walzstahl E-Stahl Zement Aluminium Papier Zink & Kupfer Kühlhäuser Chlor Kosten bei Lastabschaltung Aktivierungskosten < 1000 in /MWh Quelle: eigene Berechnungen Seite 13

14 Quantitative Analyse Vollkostenvergleich bei 0 /MWh in PSW AA-CAES CAES H2-Kaverne Zyklen pro Tag: 1 Ausspeicherleistung: 250 MW Speicherinhalt: 2000 MWh/8h Auslastung: 2920 h/a (out) Zins: 10% Ladestrom: 0 /MWh in H2-dezentral V2G* NaS** RFB** Speicher-Vollkosten [ /MWh out ] * Kosten der zusätzlichen Batterieabnutzung durch Rückspeisung ** Kostenspanne aus Energietechnologien 2050 Quelle: Genoese 2011 Abschreibungszeiträume: PSW: 30a, RFB: 30a, H 2 : 15a, NaS: 10a, andere: 20a Seite 14

15 Quantitative Analyse Vollkostenvergleich bei 15 /MWh in PSW AA-CAES CAES H2-Kaverne Zyklen pro Tag: 1 Ausspeicherleistung: 250 MW Speicherinhalt: 2000 MWh/8h Auslastung: 2920 h/a (out) Zins: 10% Ladestrom: 15 /MWh in H2-dezentral V2G* NaS** RFB** Speicher-Vollkosten [ /MWh out ] * Kosten der zusätzlichen Batterieabnutzung durch Rückspeisung ** Kostenspanne aus Energietechnologien 2050 Quelle: Genoese 2011 Abschreibungszeiträume: PSW: 30a, RFB: 30a, H 2 : 15a, NaS: 10a, andere: 20a Seite 15

16 Vollkostenvergleich bei steigender Auslastung specific cost (investment + O&M) /MWh Anzahl Stunden mit mehr als 35 % Einspeisung der installierten Leistung ca. 400h in 2012 TACAS RFB H2 Lead-Acid Sodium Sulfur full load hours per year Quelle: Oberschmidt, Klobasa 2009 Seite 16

17 Fazit: DSM-Flexibilität im Vergleich zu Speichern DSM-Flexibiltät und Speicher agieren zum Teil auf den gleichen Märkten DSM-Flexibilität wird mit zunehmender Aktivierung teurer, da Einfluss auf Produktionsprozess steigt Speicher werden bei häufiger Aktivierung spezifisch günstiger, da Kapitalkosten sich auf eine größere Menge ausgespeicherter Energie verteilen Daher, bei seltenen Aktivierungen von weniger als hundert Stunden pro Jahr sind DSM Flexibilitäten in der Regel attraktiver als Speicher Können DSM Flexibiltäten genutzt werden, ohne die Produktionsmengen zu beeinflussen, sind die Kosten auch bei häufiger Aktivierung günstig Seite 17

18 Schlussfolgerungen Lastmanagementpotenziale attraktiv zur Vermeidung von Kapazitätsund Netzengpässen Teilnahme an Regelenergiemärkten wird heute bereits umgesetzt Speicher insbesondere bei häufigerer Aktivierung attraktiv Speicher können langfristig Beitrag zur Nutzung überschüssiger Erneuerbarer Energien bieten Seite 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Dr. Marian Klobasa +49(0) Tel: Fax: +49(0) Mail: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) Breslauer Straße Karlsruhe Seite 19