Hybride Blockheizkraftwerke als Bausteine der Energiewende

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1 Hybride Blockheizkraftwerke als Bausteine der Energiewende VDE-Vortragsreihe Themen der Energiewende: Speicher der Zukunft 02. November 2015, Karlsruhe Patrick Kruppa Südwestdeutsche Stromhandels GmbH

2 Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Kennzahlen Gründung: Februar 1999 Stammkapital: 14,8 Mio. Eigenkapital: 39 Mio. Jahresumsatz 2014: 735 Mio. Gesellschafter: 57 Stadtwerke Mitarbeiter: 85 Portfolio-Pool Strom: etwa 150 Energieversorger mit 13 TWh in 2014 Portfolio-Pool Gas: etwa 80 Energieversorger mit 16 TWh in 2013/14 EDM-Verteilnetzbetreiber: 35 Energieversorger EDM-Stadtwerke-Vertriebe: 50 Energieversorger

3 Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Unsere Dienstleistungen Stadtwerke in der Rolle als Lieferant Netzbetreiber Energieerzeuger Energiebeschaffung Strom-Portfolio-Pool Erdgas-Portfolio-Pool EDM für Vertriebe Abwicklung der Wechselprozesse Darstellung der Vertriebslast von RLM-Kunden Energiewirtschaftliche Beratung EDM für Netzbetreiber Abwicklung der Wechselprozesse Netzbilanzierung im Bereich Strom und Erdgas Netzentgeltabrechnung Abrechnung und Vergütung für EEG- und KWK-Anlagen Mehr- oder Mindermengen- Abrechnung Gerätemanagement Erneuerbare-Energien-Projekte Direktvermarktung Virtuelles Kraftwerk Preisorientiertes Lastmanagement Virtueller Stromspeicher EEG-Box weitere Themenfelder: Mini-BHKW, Smart Meter Gateway Administrator

4 Energiebedarf nach Verbrauchssektoren in Deutschland Strombedarf Wärmebedarf Verkehr 520 TWh TWh 724 TWh Ziel: Absenkung der Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 % 95 %

5 Wie kann man das Ziel erreichen? Effizienzverbesserung Regenerative Erzeugung in den einzelnen Sektoren Verknüpfung zwischen den Sektoren

6 Regenerative Erzeugung Strommarkt: Solar, Wind, Wasserkraft, Biomasse Wärmemarkt: Biomasse, Solarthermie Verkehr: Nichts

7 Problemstellungen Probleme: Erzeugung und Verbrauch nicht gleichzeitig Regenerative Erzeugungspotentiale teilweise begrenzt Unterschiedliche Kosten Fragen: Ist es sinnvoll Holz zu verheizen? Ist die Biogaserzeugung sinnvoll? Kostenfaktor Biogas/Windstrom ca. 4 Flächenfaktor Biogas/Fotovoltaik-Strom ca. 50 Ergebnis der technischen Entwicklung: Potential, Kosten und Einsatzmöglichkeiten > Solar- und Windstromerzeugung

8 Regenerative Strom-Erzeugungsleistung

9 Erzeugungscharakteristik regenerative Stromerzeugung Solar: 1000 VBh/a (Vollbenutzungsstunden) Tag Nacht Sommer Winter (10%) Onshore Wind: 1000 VBh/a VBh/a Unregelmäßige Schwankungen (Wochen) Offshore Wind: 4000 VBh/a Unregelmäßige Schwankungen (Wochen) VBh bedeutet nicht 0 in der übrigen Zeit

10 Residuallast 2050 Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

11 Geordnete Residuallast Jan 9.Jan 17.Jan 25.Jan 2.Feb 10.Feb 18.Feb 26.Feb 5.Mrz 13.Mrz 21.Mrz 29.Mrz 6.Apr 14.Apr 22.Apr 30.Apr 8.Mai 16.Mai 24.Mai 1.Jun 9.Jun 17.Jun 25.Jun 3.Jul 11.Jul 19.Jul 27.Jul 4.Aug 12.Aug 20.Aug 28.Aug 5.Sep 13.Sep 21.Sep 29.Sep 7.Okt 15.Okt 23.Okt 31.Okt 8.Nov 16.Nov 24.Nov 2.Dez 10.Dez 18.Dez 26.Dez [d] [MW] Fotovoltaik

12 EPEX day ahead Auktionspreis [ /MWh] Windeinspeisung [MW] Residuallast - Strompreise Stromgeführte Zusammenhang BHKW-Betriebsweise day-ahead Auktionsergebnis und Windeinspeisung von Jan 13 bis Jul 14 für 02:00-02:15 Uhr BHKW-Benutzungsstunden (Bh) orientieren sich am Strommarkt ca Bh statt Bh Börsen-Spotpreise sind Signal für Überschuss und Mangel 20 > BHKW-Betrieb nach Spotmarktpreisen 10 0 BHKW-Leistung ist bei gleichem Wärmebedarf höher geordnete EPEX day ahead Preis [ /MWh] Windeinspeisung [MW] Log. (Windeinspeisung [MW])

13 Hybride Wärmeversorgung Definition Hybride Wärmeversorgung Wärmebedarf kann alternativ mit Strom oder KWK gedeckt werden Kombination von z.b. BHKW und Wärmepumpe in einer Heizzentrale -> Verknüpfung von Wärme- und Stromsektor Vorteil Verknüpfung ermöglicht Verwertung im anderen Sektor Wärmespeicher sind billiger als Stromspeicher Bietet Strom-Speicher Effekt Nutzung von Überschussstrom in Groß-Wärmepumpe -> Einsparung von Erdgas Erzeugung von Spitzenstrom in KWK -> gespartes Erdgas wird effizient zur Stromerzeugung verwertet

14 Vorteile bei der Verknüpfung der Sektoren Preiswerteste regenerative Erzeugung kann genutzt werden Überschüsse aus einem Sektor können im anderen verwertet werden Speicherbare Energien können flexibler eingesetzt werden

15 Wärmeerzeugung/Stromspeicherung in Gas-Kesselanlage + Pumpspeicherwerk

16 Wärmeerzeugung/Stromspeicherung im virtuellen Stromspeicher BHKW + DLE

17 Wärmeerzeugung/Stromspeicherung im virtuellen Stromspeicher (BHKW + WP)

18 Wärmeerzeugung/Stromspeicherung im virtuellen Stromspeicher (BHKW + WP + DLE)

19 Effizienzvergleich verschiedener Speicherkonzepte power to gas Pumpspeicher Durchlauferhitzer Wärmepumpe Stromeinsatz 1 kwh 1 kwh 1 kwh 1 kwh Gaserzeugung/ Einsparung Stromerzeugung mit KWK - 0,6 kwh 1,1 kwh 4 kwh 0,75 kwh 0,5 kwh 0,9 kwh 3,2 kwh Effizienzfaktor 1 0,67 1,2 4,3

20 Virtueller Stromspeicher Projektbeispiel in Biberach Virtueller Stromspeicher in der Umsetzung Gemeinschaftsprojekt von SüdWestStrom und dem Land Baden- Württemberg als Teil des Energie- und Klimaschutzkonzepts für Landesgebäude Umbau der Heizzentrale abgeschlossen Feierliche Übergabe am mit Minister Dr. Schmid Komponenten: - 2 BHKW je 400 kwel - Wärmepumpe 350 kwth - Gaskessel 1,2 MWth - Wärmespeicher 200 m³ - Wärmebedarf 5,4 GWh/a Foto: Bereitschaftspolizeidirektion Biberach 4

21 Ausgangssituation Heizwerk mit 2 Gas-Kesseln je kwth Jahreswärmebedarf Maximale Wärmeleistung 5,3 GWh 2,7 MW Jahresstrombedarf Maximale Strombezugsleistung 1,4 GWh 400 kw

22 BHKW-Betriebsweise Stromgeführte BHKW-Betriebsweise BHKW-Benutzungsstunden (Bh) orientieren sich am Strommarkt ca Bh statt Bh Börsen-Spotpreise sind Signal für Überschuss und Mangel > BHKW-Betrieb nach Spotmarktpreisen BHKW-Leistung ist bei gleichem Wärmebedarf höher erfordert Wärmespeicher Versorgungssicherheit Leistungsabsenkung um 30 %

23 Stunden Vergleich Strom- und wärmegeführtes BHKW BHKW wärmegeführt BHKW stromgeführt Stundenwärmelast Tageswärmelast

24 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 BHKW Leistung [kw] EPEX Spot Auktion Preis [ /MWh] Stromgeführtes BHKW Mehrerlös am Beispiel eines Biomethan-BHKW 1,2 MWel Beispiel: 19. Mai Einspeisewerte [kw] Börsenpreis [ /MWh] Optimierungsfahrplan [kw] Tagesmittelwert an der Börse Zeitstempel Börsendurchschnittspreis 40,28 /MWh Erzielter Börsendurchschnittspreis 50,35 /MWh Tagesmehrerlös gegenüber der wärmegeführten Fahrweise 71,96

25 SüdWestStrom-Gesamtkonzept SüdWestStrom Zentralserver Spotpreisprognose Temperaturprognose Intelligente Steuerung Stadtwerk A Anlage A Intelligente Steuerung Stadtwerk A Anlage B Intelligente Steuerung Stadtwerk B Anlage A BHKW DLE BHKW Kessel Wärmespeicher Wärmespeicher Wasserhochbehälter Wasser pumpe

26 SüdWestStrom-Gesamtkonzept Prozessablauf Leitrechner an Prozesssteuerung: Übermittlung von Preis- und Witterungsprognosen Prozessteuerung: Berechnung der Betriebsfahrpläne und Speicherbewirtschaftung Übermittlung der Fahrpläne an Leitrechner Börsenhandel und Berücksichtigung der Fahrpläne beim Bilanzkreismanagement Prozesssteuerung Übermittlung der Betriebswerte an den Leitrechner Leitrechner Archivierung der Betriebsdaten

27 Wirtschaftliche Vorteile stromgeführter BHKW Höhere BHKW-Leistung Kostendegression BHKW pro kw Höhere Stromerzeugung Kostengünstige Netzanbindung BHKW, Elektrokessel Verzicht auf Gas-Spitzenkessel Elektroheizung als power to heat und Reserve Elektrokessel als negative Sekundärreserve

28 Spezifische Investitionskosten von BHKW

29 Energiewirtschaftliche Vorteile Hybrider BHKW Saisonale Stromspeicherung möglich Verhältnis Stromverbrauch-Erzeugung flexibel Verknüpfung von Strom- und Wärmesektor Höchste Effizienz im Verbund mit Nahwärmenetzen Kostengünstig verfügbar Bereitstellung von Systemdienstleistungen

30 SüdWestStrom-Gesamtkonzept als Geschäftsfeld für Stadtwerke Ziele: Ausreichende Wertschöpfung Wettbewerbsvorteil aufgrund Know-how Lokale Wettbewerbssituation verbessern Neues Geschäftsfeld: Ausregelung der fluktuierenden regenerativen Einspeisung durch Hybride Wärmeerzeugung

31 Wertschöpfung durch Hybride Wärmeversorgung Wärmeversorgung Stromerzeugung Absenkung der Netzbezugsleistung Lokales Netzmanagement Leistungsbereitstellung ( Kapazitätsmarkt ) Bereitstellung von Regelleistung Verwertung von Stromüberschüssen

32 SüdWestStrom als Partner Konzeptentwicklung und Simulationsrechnungen Betriebsoptimierung im Rahmen des Bilanzkreismanagements Gebündelte Vermarktung der Flexibilität Einfache Abrechnung durch SüdWestStrom-Portfolio

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Patrick Kruppa Leiter Erzeugungs- und Lastmanagement Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Eisenhutstraße Tübingen

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