Optimierung der Marktbedingungen für die Regelleistungserbringung durch Erneuerbare Energien

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1 Optimierung der Marktbedingungen für die Regelleistungserbringung durch Erneuerbare Energien Kurzstudie im Auftrag des Bundesverband Erneuerbare Energie e.v. und der Hannover Messe Forum Erneuerbare Energien Hannover Messe Hannover, 09. April 2014 Malte Jansen Fraunhofer IWES, Kassel, Deutschland

2 Motivation Anpassungen der derzeitig gültigen Marktbedingungen in der Diskussion, um die Teilnahme fluktuierend einspeisender Erneuerbaren Energien zu ermöglichen, welche aber nicht ausreichend sind Europäische Vorreiterrolle schafft Chance für Betreiber Hersteller von Windenergieanlagen und Virtuellen Kraftwerken Direktvermarkter Sukzessive Flexibilisierung der Anlagen und die Reduzierung von Must-Run - Kraftwerken 2

3 Handlungsempfehlungen 1. Verkürzung der Vorlaufzeiten auf maximal einen Tag 2. Reduzierung der Produktlänge auf eine Stunde Entkopplung der Must-Run -Kapazitäten durch Synchronisation verschiedener Märkte 3. Abschaffung des Verbots von regelzonenübergreifenden Poolings 4. Anpassung der Präqualifikation für stochastische Einheiten 3

4 Das Energiesystem ist flexibel Bedarfsgerechte EE-Erzeugung Kraftwerke & KWK Pumpspeicher, Power2Gas, Batterien Lastmanagement Flexibilität Stromaustausch im EU-Verbund Netzseitige Maßnahmen Ausgleich des Energiesystem s Integration von EE Systemdienstleistungen 4

5 Systemdienstleistungen Regelleistung (Frequenzhaltung) Blindleistungsmanagement (Spannungshaltung) Netzengpassmanagement (Redispatch) Versorgungswiederaufbau (Schwarzstart) Einzige SDL für die es einen Markt gibt Fokus in Studie Wird durch Netzanschlussbedingungen bestimmt Kann dies in einem Markt organisiert werden? Heute schon ein Problem Aufgrund von Marktdesign Preiszonen könnten helfen Wichtig bei mehr flukt. EE-Anlagen Inselbetrieb von Verteilnetzen mit EE zum Versorgungswiederaufbau Systemdienstleistungen werden in Zukunft auch durch EE erbracht werden müssen, damit Kraftwerke nicht nur zur Bereitstellung solcher am Netz bleiben müssen (Must-Run-Problematik) 5

6 Potentiale der steuerbarer EE sind noch nicht ausgeschöpft Ist-Zustand Ca MW konstantes Angebot Wasserkraft: 230 MW Biomasseanlagen: 820 MW (27 % der DV-Biomasseanlagen) 20-30% MRL&SRL Vor allem negative Regelleistung (MRL und SRL) Flexibilitäten werden nicht am Spotmarkt genutzt Potentiale Wasserkraft größtenteils ausgereizt Potentiale Neg. Regelleistung (SRL und MRL): ½ der installierten Leistung Steigerung durch Power-to-Heat Pos. Regelleistung (SRL und MRL): Ohne Flexibilisierung keine pos. RL Speicher (Gas oder Wärme) Biomasseanlagen können alle Regelleistungs-Arten Zukunft Verlässlichkeit / Automatisierung Wartungskosten 6 Daten aus Monitoringbericht Regelleistungsbereitstellung von Erneuerbaren Energien in der Direktvermarktung (Lange et. al 2014)

7 Fluktuierend einspeisende EE sind zuverlässig Forderung 100% Vertrag mit realen Anlagen nicht möglich 99,994% Erfahrungswert Nutzung von Wahrscheinlichkeitsmodellen X Wahrscheinlichkeit P(X x) P(X x) Leistung 7

8 Regelleistungsangebot 99,994% Zuverlässigkeit Probabilistischen Vortags- und Kurzfristprognose für den deutschen 30 GW Windparkpool Kurzfristprognose (1h) hätte Verletzung des Angebots identifiziert 8

9 Potentiale fluktuierend einspeisender EE (30 GW Wind&PV) Best-Case Markt (Minutenreserve): Summe der anbietbaren Menge [MWh] Potential bei angepassten Marktbedingungen +101 % 1 h 4 h 12 h Produktlänge gilt für jeweils 30 GW Wind&PV Mindestgebot: 5 MW Wochentägliche Ausschreibung Produktlänge: 4 Stunden Wind 95 % Wind 99 % Wind 99.9 % Wind % PV 95 % PV 99 % PV 99.9 % Kein regelzonenübergreifendes Pooling PV % Nachweis über Fahrplan (mit Abregelung) 9

10 Restriktionen durch Vorlaufzeit 5000 Mai 2013 Leistung Andere Flexibilitäten (inklusive zus. Biomasse) vorhandene Wasserkraft vorhandene Biomasse Potential Photovoltaik Potential Windenergie Bedarf Neg. Minutenreserve Stunde im Jahr 3500 gilt für Negative Minutenreserveleistung bei jeweils 30 GW Wind&PV 10

11 Wirtschaftliche Potentiale werden vervielfacht Kosteneinsparung/Zusatzerlös [ ] % % Wind mit Restriktionen 4 Std. Einsparung Wind mit Restriktionen 4 Std. Zusatzerlös Wind ohne Restriktionen 1 Std. Einsparung Wind ohne Restriktionen 1 Std. Zusatzerlös PV mit Restriktionen 4 Std. Einsparung PV mit Restriktionen 4 Std. Zusatzerlös PV ohne Restriktionen 1 Std. Einsparung PV ohne Restriktionen 1 Std. Zusatzerlös gilt für Negative Minutenreserveleistung bei jeweils 30 GW Wind&PV 11

12 Fazit & Ausblick Marktbedingungen ausreichend für Wasserkraft & Biomasse Nicht ausreichend für fluktuierend einspeisende Erneuerbare Energien Geschäftsmodell ist eine Herausforderung und hängt von den regulatorischen Rahmenbedingungen ab Kommender Energy-Only-Markt könnte Teilnahme ermöglichen Verkürzung der Vorlaufzeiten durch BNetzA bereits angekündigt Umstellung auf marginale Bepreisung 12

13 Handlungsempfehlung 1. Verkürzung der Vorlaufzeiten auf maximal einen Tag Damit Regelleistung aus den Einheiten bereitgestellt wird, welche auch Energie bereitstellen (inkl. Konventioneller Kraftwerke). 2. Reduzierung der Produktlänge auf eine Stunde Damit der Regelleistungsbedarf dynamisch gedeckt werden kann. 3. Abschaffung des Verbots von regelzonenübergreifenden Poolings Damit Ausgleichseffekte der Erneuerbaren Energien genutzt werden können. 4. Anpassung der Präqualifikation für stochastische Einheiten Damit auch in Zukunft immer genügend Regelleistung wenn vorhanden ist, wenn viel Wind&PV im Netz ist. 13

14 Malte Jansen VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT

15 Inhalt Aufgabenstellung Systemdienstleistungen im Rahmen der Energiewende Stromversorgung / Lastdeckung Systemflexibilität / Systemdienstleistungen RL-Potentiale Erneuerbarer Energien Vorhandene Forschung / Einfluss der Rahmenbedingungen Potentiale im Rahmen dieser Studie / Beste Bedingungen RL-Potentiale Erneuerbarer Energien unter realen Marktbedingugen Vergleich und Fazit Handlungsempfehlung 15

16 Annahmen Regelleistung wird gleichzeitig mit den Spotmarktprodukten -> Perfekte Preisprognose Poolgröße (30 GW Pool & 5 GW Pool) werden wie ein Pool behandelt Leistung 30 GW Windparkpool unterschätzt Potential 5 GW Pool mehrere Direktvermarkter; fünf Direktvermarkter mit einem jeweils 1 GW großen Pool anbieten Einspeisevergütungen Wind: 89 /MWh Photovoltaik: 120 /MWh Prognosegüte Wind: Vortagesprognose: nrmse = 4,36 % Ein-Stunden-Untertagsprognose: nrmse = 2,06 % Prognosegüte Photovoltaik: Vortagesprognose: nrmse = 3,70 % Ein-Stunden-Untertagsprognose: nrmse = 1,43 % 16

17 Probabilistische Prognose - Windparks Darstellung der probabilistischen Prognose des 30 GW Windparkpools, die mit einer Kerndichteschätzung erstellt wurde, auch möglich sind: Quantile Regression mit künstlichen neuronalen Netze Physikalische Verfahren / Physikalisch-Statistische Verfahren 17

18 Probabilistische Prognose steuerbare Anlagen Pooling steuerbarer Anlagen mit Windparks Gemeinsame probabilistischen Prognose für sechs Gaskraftwerke, basierende auf: Ausfallwahrscheinlichkeiten Leistungen 18

19 Höhere Sicherheit und Potential durch Kombination von fluktuiereden und steuerbaren EE Max. Angebot [MW] Pool Windparks Pool Gasturbinen Summe beider Pools Gemeinsamer Pool Zeit [1/4 Stunden] Angebotspotenzial Pool 1GW Windpark und 5 Gasturbinen á 200 MW Durch das Pooling mit wenigen steuerbaren Anlagen kann das Potenzial bei einer Vortagsauktion deutlich gesteigert werden. 19

20 Potentiale fluktuierend einspeisender EE (30 GW Wind&PV) 5000 Leistung Andere Flexibilitäten (inklusive zus. Biomasse) vorhandene Wasserkraft vorhandene Biomasse Potential Photovoltaik Potential Windenergie Bedarf Neg. Minutenreserve Stunden im Jahr 20

21 Höhere Sicherheit und Potential durch Kombination von fluktuiereden und steuerbaren EE Max. Angebot [MW] Pool Windparks Pool Gasturbinen Summe beider Pools Gemeinsamer Pool Zeit [1/4 Stunden] Angebotspotenzial Pool 1GW Windpark und 5 Gasturbinen á 200 MW Durch das Pooling mit wenigen steuerbaren Anlagen kann das Potenzial bei einer Vortagsauktion deutlich gesteigert werden. 21