Demand Response Intelligente Steuerung von dezentralen Energieanlagen zur Umsetzung der Energiewende

Transkript

1 Demand Response Intelligente Steuerung von dezentralen Energieanlagen zur Umsetzung der Energiewende Dortmunder Energiewendekongress Thomas Schulz, Entelios AG Dortmund, 13. Februar Entelios AG All Rights Reserved

3 In jedem Moment müssen sich Erzeugung und Verbrauch perfekt die Waage halten selbst mit fluktuierenden Energiequellen. Die Herausforderung Erzeugung Netz Verbrauch 50,2Hz 50Hz 49,8Hz 2013 Entelios AG All Rights Reserved 3

5 Deutschlands Energiewende: Atomausstieg und eine Wette auf Energieeffizienz und Erneuerbare Energien Quelle: Entelios Analyse, Energiekonzept der Bundesregierung, BMU, BMWi 2013 Entelios AG All Rights Reserved 5

6 Der Energiesystem der Zukunft muss deutlich flexibler werden. Nachfrage- & Residuallast in GW Nachfrage und Residuallast bei 50% EE Stunden Erläuterungen Schwankungen bis zu MW in 15 min. möglich (heute: MW) Windkraft und PV ersetzen kaum konventionelle Kraftwerke 27 GW Windkraft ersetzen 1,9 GW konventioneller Leistung Ausgleich von Windflauten und PV- Nacht-/Winterdefiziten durch fossile Kraftwerke ist CO 2 -intensiv Ausbau Speicher-/ Pumpspeicherkraftwerke zur Gewährleistung Systemstabilität und Integration Erneuerbarer langwierig und teuer. Quelle: IER Universität Stuttgart 2013 Entelios AG All Rights Reserved 6

7 Die notwendig vorgehaltene Regelleistung wird nur selten tatsächlich ganz abgerufen eine Chance für intelligentes Lastmanagement. SRL/MRL Abrufe (2010) Abschaltbare Lasten Zuschaltbare Lasten Quelle: Neubarth, J.: Integration erneuerbarer Energien in das Stromversorgungssystem; In: Energie für Deutschland 2011, Weltenergierat-Deutschland, Berlin (2011) 2013 Entelios AG All Rights Reserved 7

8 Die Lösung: Demand Response Demand Response ist ein Steuerverfahren in Stromnetzen, bei dem die Verbrauchsseite ( demand ) auf Signale aus dem Netz antwortet ( response ). Signale sind z.b. die Erzeugungssituation, die Netzauslastung oder Preissignale Entelios AG All Rights Reserved 8

9 Ein Paradigmenshift Vor Demand Response: Verbraucher können soviel verbrauchen wie sie wollen, wann sie wollen; Die Erzeugerseite ist so gesteuert, den aktuellen Verbrauch genau zu treffen Reservekraftwerke werden benötigt. Mit Demand Response: die aktuelle Energieerzeugung 2013 Entelios AG All Rights Reserved 9

10 Entelios

11 Demand Side leistet Beiträge zur Integration der Erneuerbaren Energien; Erreichung der CO 2 -Ziele; optimalen Nutzung der Netzkapazität; Verbreitung der e-mobility; Nutzung des Smart Grid; Innovation Economy und zwar rasch und günstig Entelios AG All Rights Reserved 11

12 Demand Response ist grüner, schneller und günstiger als viele Alternativen. Bewertung der 5 Säulen der Energiewende Hoch Flexible konventionelle Erzeugung Emissionen über den Lebenszyklus Niedrig Niedrig Demand Response Energieeffizienz Investitionskosten / Beschaffungskomplexität Speicher Netzausbau Hoch Quelle: Entelios Analyse 2013 Entelios AG All Rights Reserved 12

13 Demand Response ist die bevorzugte Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Vorrangig und mit Abstand kostengünstiger (als Speicher) ist ein optimiertes Lastmanagement mit einem leistungsfähigen Stromnetz, mit dem Schwankungen über größere Entfernungen ausgeglichen werden. BM Norbert Röttgen, FAZ vom Entelios AG All Rights Reserved 13

14 Demand Response beschreibt die zentrale vollautomatische Steuerung dezentraler Flexibilitäten Lasten, Speicher und Erzeuger. Definition Demand Response Dezentral Virtual Power System 2012 Entelios All Rights Reserved 14

15 Verbraucher müssen weder geplant, genehmigt noch gebaut, sondern nur intelligent vernetzt werden Das ist ein Speicher mit 590 MWh. Das ist ein Speicher mit 200 MWh. Das ist ein Speicher mit 84 MWh. Das ist ein Speicher mit MWh. RWE Pumpspeicherkraftwerk Koepchenwerk Herdecke Entrindungsplatz (Energiebedarf Holzaufbereitung 1 Tag) Preforms-Zwischenlager Mineralwasserabfüller Bilder:: RWE, Entelios Zwischenlager Aluminiumbarren 2012 Entelios All Rights Reserved 15

17 Entelios ist Wegbereiter von Demand Response in Europa. Entelios AG Übersicht Gegründet 2010 Venture-Capital finanziert Services: Demand Response Aggregation Demand Response as-a-service für Stadtwerke und Netzbetreiber Intelligente Energieeffizienz Fokus: Industrie & Gewerbe Niederlassungen: Deutschland, Österreich 2013 Entelios AG All Rights Reserved 17

18 Entelios bietet seine Lösung zum Management verteilter Flexibilität den Energieversorgern, Netzbetreibern, ESCOs als DR-as-a-Service an. Entelios Kunden Kunden Stromvertrieb ÜNB VNB Utility ESCO Elektrische Anlagen Dezentrale Erzeugung, Speicher & Lasten bei Industrie, Handel und Institutionen (ICI) Eigener Betrieb Energy Platform Entelios Technologie & Service Lösung // Convergence Stack (Energy Relationship Management) 2012 Entelios All Rights Reserved 18

19 Entelios erschließt Energieeffizienzpotentiale durch Lastgangoptimierung mittels Demand Reponse. Lastgangoptimierung + 3 Lastgang Erzeuger Nachher Lastspitze Reduzierung Zusammenarbeit 2 Lastgang Kunden Verlauf mit Glättung 1 Lastgang Erzeuger Vorher Lastspitze Ʃ vieler Kunden / Einzelverbraucher Verlauf ohne Glättung - Schritte Entelios AG All Rights Reserved 19

20 Im Grunde gibt es drei Möglichkeiten der kundenseitigen Lastanpassung 1) Reduzieren, 2) Puffern, 3) Verschieben. Szenarien der Lastanpassung 1. Reduzieren 2. Puffern 3. Verschieben Kurzzeitiges Reduzieren (Minuten, Sekunden) Geringer Mehrverbrauch (ca. 2%) Neutral: gleicher Verbrauch Beispiele: Gebäudemanagement Beleuchtung Klimatisierung Beispiele: Kälte Wärme Druckluft Wasser Beispiele: Aggregate mit hohem Verbrauch Pumpen Mühlen Maschinen Schichten 2013 Entelios AG All Rights Reserved 20

21 Entelios die intelligente Verbindung zwischen der Verbrauchsseite und der Netzseite in der Energiegleichung. Network Operations Center (NOC) Verbrauchsseite Netzseite Anlagen & Prozesse Regulator Dezentrale Erzeugung ÜNB Gebäudemanagement Versorger emobilität Energy Relationship Management Energiemärkte 2013 Entelios AG All Rights Reserved 21

22 Was sind die Aufgaben, die Entelios als Demand Response Aggregator und neuer Marktteilnehmer wahrnimmt? Geschäftsmodell Industrial Commercial Institutional Consumers / Participants: Factories Buildings E-Cars Aggregate Recruiting Sign-up Provisioning Maintenance MW, MWh* Functions Demand Response Aggregator NOC Forecasting Packaging Monitoring Controlling Trade Energy Relationship Management Sales Trading Reporting Balancing Mechanism Utilities / DSO ISO / TSO / RTO OTC Energy Exchange Capacity Market** * Alternative Term: NW, NWh (NW = NegaWatts, NWh = NegaWatthours) Notes: NOC: Network Operations Center ISO: Independent System Operator TSO: Transmission System Operator RTO: Regional Transmission Organization OTC: Over the counter ** Je nach europäischem Land unterschiedlich gesehen - Frankreich (EPEX-Spot) macht sich dahingehend Gedanken Entelios AG All Rights Reserved 22

23 Entelios steuert ein komplexes, jedoch sicheres Kommunikationsnetz, basierend auf offenen Standards und Datenformaten. Entelios Netz Silicium Maker SSL Entelios NOC Cloud Services Grid / DSO Utility Client Dairy Farm EBox LAN Participant Web Services IPSEC Entelios NOC BERLIN IEC EBox GSM EBox GSM Paper Mill Aluminium Maker Modbus/TCP/XML Public Internet VPN-Tunnel (encrypted) Entelios NOC MÜNCHEN Data Redundancy IEC TSO EBox LAN Foods & Beverage SSL MSCONS EDIFACT DVG-KISS CSV EBox GSM Utility Web Services Balancing Area, Trader Municipal Utility Client 2012 Entelios All Rights Reserved 23

24 Verschiedenste Industrien haben hohes Potential für Demand Response: ein vertikaler Ansatz ist notwendig. Industrien mit DR Potential Chemical Industry Breweries Cold Stores Hotels Public Buildings / Facilities Food Processing Industries Foundry / Furnace Lumber Mills Shopping Centers Printing Plants Water- / Air Treatment Concrete Factories 2013 Entelios AG All Rights Reserved 24

25 Entelios hat über die letzten 1½ Jahre zahlreiche Lastpotentiale identifiziert und für Demand Response nutzbar gemacht. Speicher und verschiebbare Lasten Kälte Lüftung Lagerung Pumpen Druckluft Klima Beleuchtung BHKW / KWK Wärme 2013 Entelios AG All Rights Reserved 25

26 Entelios entwickelt zuverlässige Hardware und Software, um die Flexibilität von Industrieanlagen zu erschließen Hardware Teilnehmerstation (UMTS-basiert) Pilot Server 2013 Entelios AG All Rights Reserved 26

27 Das Entelios NOC baut aus den einzelnen Verbrauchern ein Angebot für den Energiemarkt. Das Entelios Prinzip Verbrauchsseite Netzseite Strommarkt Regelenergiemarkt 2013 Entelios AG All Rights Reserved 27

30 Entelios erstellt eine Network Operations Center Architektur für Demand Response 2.0 / 3.0. CRM, PRM Customer Analytics Billing & Invoicing Revenue Assurance Entelios Network Operations Center (NOC) Core Echtzeit Regelbasiertes System Businesses & Industry Interfaces Lastmanagement- Intelligenz Interfaces Residential (E-Mobility only) Prognose & Modellierungssystem Asset Management E-Trading 2013 Entelios AG All Rights Reserved 30

34 Intelligente Haushaltsgeräte werden auf absehbare Zeit keine bedeutende Rolle bei der Integration Erneuerbarer Energien spielen. Potentiale (1/2) kw vs. MW Es gilt, erst die Potentiale in Gewerbe und Industrie zu heben! * Scott Hublou of EcoFactor 2013 Entelios AG All Rights Reserved 34

37 Demand Response, Erneuerbare Energien und Energieeffizienz sind die Hebel, die Spitzenlast zu senken Spitzenlast in GW Demand Response Erneuerbare Energien Energieeffizienz Dauer in Stunden 2013 Entelios AG All Rights Reserved 37

38 TABELLE SEDC membership includes 44 utilities and energy related companies across Europe; Entelios being one of the three founding members. The SEDC focus is to promote Demand Side programs such as, demand response - peak clipping and shifting, energy usage feedback and information, smart home, in-home and in-building automation, electric vehicle charging management, and other programs related to making demand a smart, interactive part of the energy value Entelios AG All Rights Reserved 38

39 TABELLE dena Arbeitskreis zur Nutzbarmachung von Lastmanagementpotenzialen im Bereich Industrie und Gewerbe sowie öffentlichen Unternehmen. dena Arbeitskreis Ziele: Information und Vernetzung von Fachakteuren und Entscheidungsträgern Bereitstellung von Tools und Informationen, damit Unternehmen Lastmanagementpotenziale identifizieren können Unterstützung und Förderung des Dialogs für die Umgestaltung des Energiesystems Anregung des Prozesses, um Lösungen zu diskutieren und zu finden Aufklärung und Motivation durch zielgruppengerechte Informationsaufbereitung und Darlegung der Kosteneinsparpotenziale 2013 Entelios AG All Rights Reserved 39

40 Ziele der europäischen Energiepolitik im Rahmen des EU Energieund Klimapakets - ergänzt um ein 20 % Demand Response Ziel Perspektiven % Treibhausgas- +20% Erneuerbaremissionen 1) 2) +20% Steigerung der Energie- Effizienz 3) 4 x 20% bis % 3 Neu Industrie & Gewerbe DR-Teilnahme 1) Minus 30% im Falle eines intern. Abkommens 2) 20% Erneuerbare Energien vom Gesamtenergieverbrauch (ca. 34 % vom Stromverbr.) 3) Erhöhung der Endenergieeffizienz ggü. Business as usual um 20 % bis 2020 (Basis 2005) 2013 Entelios AG All Rights Reserved 40

41 Ohne einen regulatorischen Rahmen werden Demand Response Programme weder effektiv noch finanziell nachhaltig sein. Allgemeine Anforderung * Siehe auch FERC: National Action Plan on Demand Response Entelios AG All Rights Reserved 41

42 Zuviele notwendige bilaterale Beziehungen sind komplex und behindern den Markteintritt von Demand Response Demand Response in der heutigen Struktur der Energiewirtschaft BIKO/ÜNB BKV Präqualifikation Lieferung von RL Vereinbarung zur Abrechnung des BK Vereinbarung, Nichtverfügbarkeitsmeldung und 19 (2) StromNEV DR- Aggregator Vermarktungsabkommen zu DR- Potential Vereinbarung über Strommengenausgleich VNB Stromkunde & Flexibilitätslieferant Lieferant 2013 Entelios AG All Rights Reserved 42

43 Orientierung für eine langfristige Lösung Energiekosten begrenzen Geringe Komplexität Geringe Transaktionskosten Wettbewerb fördern Innovationen fördern» Standardisierungen» Neue Abrechnungsmethodik» Definition neuer Marktrolle Marktzutritt erleichtern 2013 Entelios AG All Rights Reserved 43

44 Die Nutzbarmachung von Demand Side Potenzialen braucht einen geeigneten regulatorischen Rahmen. Vorgehensweise Anpassung aktueller Rahmenbedingungen Potentialerschließung Schnell umsetzbare Anpassungen u.a. in EnWG und StromNZV. Definition eines Zieles. Entwicklung Nationaler Demand Response Aktionsplan* Definition regulatorischer Rahmen für ein volkswirtschaftlich sinnvolles und leistungsfähiges Marktmodell nebst Anreizsystem** zu Demand Response. Umsetzung des Aktionsplans & Schaffung eines Flexibilitätsmarktes Umsetzung der vereinbarten Flexibilitätsmechanismen Ziel * Unter Berücksichtigung europäischer Bestrebungen, u.a. European Commission, SEDC ( ** Analyse Best Practices aus USA, Kanada, Australien, Südkorea 2012 Entelios All Rights Reserved 44

47 Zwei verschiedene Geschäftsmodelle für Demand Response Anbieter Demand Response Aggregator (DRA) Aggregiert Lasten von unter-schiedlichen Stromlieferanten Schaltbare Lasten sind mehreren Bilanzkreisen zugeordnet Vermarktung erfolgt durch DRA Verbraucher können unabhängig von ihrem Lieferanten an DR teilnehmen Komplexes Bilanzkreis- und Fahrplanmanagement zwischen DRA und Stromlieferanten Demand Response-as-a-Service (DRaaS) Aggregiert Lasten von einem Stromlieferanten Schaltbare Lasten ausschließlich im Bilanzkreis eines Stromlieferanten Vermarktung erfolgt durch Lieferant DR-Teilnahme an den Lieferanten geknüpft DR integrativer Bestandteil der Bilanzkreisoptimierung (zusätzlicher DR- Benefit) DRaaS ist besser mit heutigem Markt- und Regulierungsrahmen in Deutschland vereinbar 2012 Entelios All Rights Reserved 47

48 Erfahrungen & Herausforderungen - Anbindung der schaltbaren Lasten durch EBox an NOC über Energiemanagementsystem der Teilnehmer meist einfach umsetzbar - Produktionstechnische Anforderungen der schaltbaren Lasten erfordert enge Abstimmung von DR- Anbieter und verantwortlichen MitarbeiterInnen vor Ort - Bisher sehr gute Zusammenarbeit mit Großteil der Marktakteure - Jedoch zeitintensive Diskussion mit Lieferanten und Bilanzkreisverantwort-lichen der am DR- Programm teilnehmenden Verbraucher durch fehlende regulatorische Anreize, die Teilnahme an DR- Programmen zu ermöglichen - Generell führt fehlende eindeutige Definition der Marktrolle eines DR-Anbieters zu Verzögerungen beim Aufbau des Geschäftsmodells - Operative Herausforderung u.a. Ermittlung der sog. Baseline (d.h. hypothetischer Lastverlauf ohne Schaltmaßnahme) 2012 Entelios All Rights Reserved 48

49 Erfolgreiche Etablierung von Demand Response ist eine Frage des Wann, nicht des Ob Forderungen - Eindeutige Definition der Marktrolle von DR-Anbietern - Zeitnahe Umsetzung der neuen EU-Energieeffizienzrichtlinie in Deutschland mit frühzeitiger Einbeziehung der betroffenen Marktakteure und Interessensgruppen - Entwicklung von transparenten und offenen Märkten für die Integration von DR in das energiewirtschaftliche Gesamtsystem - Einfaches DR-Marktdesign zur Förderung der Teilnahme einer möglichst großen Zahl an Verbrauchern - Berücksichtigung der von Erzeugungsanlagen abweichenden Charakteristiken von DR-Ressourcen - Standardisierte Prozesse, Verträge und Datenformate 2012 Entelios All Rights Reserved 49

50 Das gegenwärtige Energy-only Marktmodell erschwert die umfängliche Nutzbarmachung von Demand Side Potenzialen. Erkenntnissse aus operativer Erfahrung Fehlende Anerkennung / Wahrnehmung verbrauchsseitiger Maßnahmen als gleichwertige Alternative zu Erzeugern und Speichern. Demand Response als Flexibilitätsmechanismus hat noch keine Marktrolle, noch wird es, im Gegensatz zu Netzen & Speichern, in die aktive Forschung einbezogen. Es fehlen standardisierte Rahmenbedingungen (Regelungen und Prozesse) für die Umsetzung von Demand Response zwischen den beteiligten Marktakteuren. Flexibilitäten gehören den Endverbrauchern - diese ermöglichen erst Demand Response. Aktuelle Rahmenbedingungen begünstigen nicht deren Teilnahme. Es fehlt ein leistungsorientiertes Marktmodell (z.b. ein Flexibilitätsmarkt), damit Anreize bestehen, in Demand Response zu investieren Entelios All Rights Reserved 50

51 Aspekte eines Nationalen Aktionsplan zu Demand Response* Nationaler DR Aktionsplans (indikativ) * National Demand Response Action Plans already exist e.g. in U.S.A.., South Korea 2012 Entelios All Rights Reserved 51