Möglicher Beitrag der Wasserwirtschaft zur erforderlichen Flexibilisierung des Stromversorgungssystem

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1 Möglicher Beitrag der Wasserwirtschaft zur erforderlichen Flexibilisierung des Stromversorgungssystem Dr.-Ing. Christoph Schöpfer, Trianel GmbH Jahrestagung 2013 der DWA- und BWK-Landesverbände Mainz

2 Agenda Agenda 1. Vorstellung Trianel 2. Energiewirtschaft 3. Flexibilisierungsoption Pumpspeicherkraftwerk 4. Flexibilisierungsoption Wasserwirtschaftliche Anlagen 2

3 Zahlen und Fakten zur Trianel GmbH Trianel - 14 Jahre im Dienste der Stadtwerke Einstieg Gründung in den Großhandel (BaFin-Lizenz, ) Start Stromhandel und Stromlieferungen Start Gashandel und Gaslieferungen BaFin-Lizenz Finanzdienstleistungen Einstieg IBN in TGH die Erzeugung (TGH, TKL, ) Projektierung Windkraftwerk Borkum (TWB) Neue Herausforderungen Trianel sichert Netzwerk Baubeginn TWB sich alle (Energiespeicherung, Rechte E-Mobilität Energieeffizienz, GV Kraftwerk TWB E-Mobilität, Smart Meter ) Krefeld Energieeffizienz / Straßenbeleuchtung Über den gesamten Zeitraum: Ausbau der Gesellschafterbasis Gewinnung neuer Partner Entwicklung neuer Projekte Entwicklung neuer Produkte / Services Projektierung Gaskraftwerk Hamm (TGH) Start Emissionshandel Projektierung Erdgasspeicher Epe (TGE) Projektierung Kohlekraftwerk Lünen (TKL) Baubeschluss TWB Smart Meter Mini- / Mikro BHKW Projektierung Wasserspeicherkraftwerke IBN TKL IBN TWB IBN TGE Baubeginn TKL 3

4 Art Zahlen der Präsentation und Fakten zur Agenda Trianel GmbH Das kommunale Netzwerk der Trianel GmbH 4

5 Art Zahlen der Präsentation und Fakten zur Trianel AgendaGmbH Geschäftsfelder der Trianel Unterstützung von der Erzeugung bis zum Vertrieb Erzeugung Handel & Beschaffung Vertrieb Trianel Gas- Kraftwerk Hamm Trianel Kohlekraftwerk Lünen Trianel Kraftwerk Krefeld Trianel Windkraftwerk Borkum Trianel Onshore Windkraftwerke Trianel Wasserspeicherkraftwerk GUD Oberrhein Trianel GmbH Trianel Gasspeicher Epe GESY Trianel Finanzdienste Trendscouting Elektromobilität Smart Metering Energieeffizienz Dezentrale Erzeugung (Mikro-KWK) Beratung & Dienstleistung Trendscouting Trendscouting 5

6 Agenda Agenda 1. Vorstellung Trianel 2. Energiewirtschaft 3. Flexibilisierungsoption Pumpspeicherkraftwerk 4. Flexibilisierungsoption Wasserwirtschaftliche Anlagen 6

7 Herausforderungen Stabiler Netzbetrieb bei zunehmender Dynamik? Energiekonzept 2050 Installierte Leistung DE-weit 2050 Maximale Einspeisung Minimale Einspeisung Größter Viertelstundensprung (pos.) Größter Viertelstundensprung (neg.) Größter Stundensprung (pos) Größter Stundensprung (neg) Größter Tagessprung Wind+PV 225,0 GW 167,9 GW 0,0 GW 13,8 GW 12,9 GW 35,9 GW 35,9 GW 153,4 GW ENTSO-Referenz-Störung ist heute Ausfall von 3 GW Quelle: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dirk Westermann, TU Ilmenau, FG Elektrische Energieversorgung Folie: ; Dr.-Ing. Michael Agsten, Dr.-Ing. P. Bretschneider, Prof. Westermann

8 Energiewirtschaft Umgestaltung der Stromversorgung: Herausforderungen (1). Versorgungssicherheit Deckung der Nachfrage zu jedem Zeitpunkt Gesicherte Leistung im Kraftwerkspark Gewährleistung der Netzstabilität Netzintegration erneuerbarer Energien Integration der EE-Erzeugungsleistung Transport der EE-Erzeugung in höhere Lastebenen Transport der EE-Erzeugung in die Lastschwerpunkte Europäischer Stromtransport E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T. 8

9 Energiewirtschaft Umgestaltung der Stromversorgung: Herausforderungen (2). Flexibilisierung des Stromsystems Flexibilisierung des konventionellen Kraftwerksparks Flexibilisierung des Netzbetriebs und Smart Grids Ausbau Energiespeicher Nutzung wirtschaftlicher Lastverlagerungspotentiale Stromimport / -export (ökonomische Optimierung) Gesellschaftliche Akzeptanz für den erforderlichen Infrastrukturausbau E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T. 9

10 Energiewirtschaft 10

11 Energiewirtschaft Flexibilitätsprodukt: Regelleistung + Ziel des Einsatzes von Regelleistung: Einhaltung der Soll-Frequenz (50 Hz) + Notwendig zum Ausgleich von Bilanzkreisabweichungen, z. B. hervorgerufen durch: + Lastschwankungen + Einspeiseschwankungen + Kraftwerksausfälle + Prognosefehler (z. B. Wind) Quelle: Vortrag Paul Niggli, Swissgrid, Olten November

12 Energiewirtschaft Abruf von Regelenergie am Beispiel Kraftwerksausfall Quelle: Vortrag Paul Niggli, Swissgrid, Olten November

13 Energiewirtschaft Regelleistungsrichtungen + Positive Regelleistung durch Erhöhung von Erzeugungsleistung oder Senkung des Verbrauchs + Negative Regelleistung durch Senkung von Erzeugungsleistung oder Erhöhung des Verbrauchs Verbrauch > Erzeugung Verbrauch < Erzeugung = Unterspeisung, Netzfrequenz fällt unter 50 Hz = Überspeisung, Netzfrequenz steigt über 50 Hz Stromerzeuger (z. B. Kraftwerke, Notstromdiesel, Fernwärmeabwurf) Leistung erhöhen oder EIN Stromerzeuger (z. B. Kraftwerke, BHKW etc.) Leistung reduzieren oder AUS Stromverbraucher (z. B. Schmelzöfen, Elektrolysen etc.) Stromverbraucher (z. B. Mühlen, Pumpen, Verdichter etc.) Last absenken oder AUS Last erhöhen oder EIN 13

14 Energiewirtschaft Beitrag der Wasserwirtschaft zur Flexibilisierung der Stromversorgung + Betrieb bestehender und Errichtung neuer Pumpspeicherkraftwerke. + Bereitstellung von Regelenergie + Lastverschiebung untertägig + Je Anlage mehr als 100 MW Leistung bereitstellbar + Bereitstellung von Flexibilität in wasserwirtschaftlichen Anlagen (Wasserversorgung, Abwasserreinigung, Wasserhaltung, etc.) + Bereitstellung von Regelenergie + Lastverschiebung im Bereich weniger Stunden + Je Anlage nur geringe Leistung (0,1.. 3 MW) bereitstellbar + Realisierung nur über Poolung möglich! 14

15 Agenda Agenda 1. Vorstellung Trianel 2. Energiewirtschaft 3. Flexibilisierungsoption Pumpspeicherkraftwerk 4. Flexibilisierungsoption Wasserwirtschaftliche Anlagen 15

16 Fahrweise eines Pumpspeicherkraftwerkes Einsatz eines Wasserspeicherkraftwerkes

17 Wirtschaftlichkeit eines Pumpspeicherkraftwerkes 17

18 Pumpspeicherkraftwerkprojekte in Deutschland PSW Leistung [MW] Status Unternehmen PSW Atdorf 1400 Vorbereitung PFV Schluchseewerk AG PSW Poschberg 400 Vorbereitung ROV Firma Max Aicher PSW Heimbach 600 Vorbereitung ROV Stadtwerke Mainz AG PSW Blautal 60 Vorbereitung PFV Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm GmbH PSW Forbach 200 Vorbereitung PFV EnBW AG PSW Halde Sundern 15 Studie RAG Montan Immobilien, RWE Innogy Energiespeicher Riedl 300 Vorbereitung PFV Donaukraftwerk Jochenstein AG PSKW RIO 300 ROV abgeschlo. Stadtwerke Trier PSW Rettenberg 60 Vorbereitung ROV Allgäuer Überlandwerke PSW Waldeck Genehmigt E.ON AG PSW Einöden 200 Vorbereitung ROV Pumpspeicherwerk Einöden GmbH PSW Sorpeberg-Glinge 420 Vorbereitung ROV Mark-E/Stadtwerke Düsseldorf PSW Leinetal 200 ROV Hochtief PSW Ellrich (Nordhausen) 640 Vorbereitung ROV STRABAG PSW Leutenberg 400 Vorbereitung ROV STRABAG PSW Jochberg/Walchensee 700 Vorbereitung ROV Energieallianz Bayern / Max Aicher PSW Kyffhäuser 300 Vorbereitung ROV Hochtief Trianel Wasserspeicher Nethe 390 ROV abgeschl. Trianel Trianel Wasserspeicher Schmalwasser 1070 ROV Trianel 18

19 Gesellschaftliche Akzeptanz von Großprojekten + Können wir auch die gesellschaftliche Akzeptanz für die Projekte erreichen? 19

20 Bewertung Flexibilitätsoption Pumpspeicherkraftwerke Resümeé + Pumpspeicherkraftwerke stellen die einzige großtechnisch erprobte Technologie für die Bereitstellung von Regelenergie und zur Lastverschiebung im untertägigen Bereich dar. + Entgegen der bisherigen Erwartung zeigt sich ein erhebliches Ausbaupotential für Wasserspeicherkraftwerke in Deutschland. + Die Projekte treffen vor Ort auf unterschiedliche Akzeptanz. + Alle Projekte erfordern komplexe Genehmigungsverfahren, die mehr als 5 Jahre dauern und entsprechende finanzielle Mittel erfordern. Daran schließt sich der Bau der Anlagen an, so dass die überwiegende Anzahl der Projekte nicht vor Mitte des nächsten Jahrzehntes realisiert werden kann. + Eine Umsetzung der Projekte wird stark von den zukünftigen Rahmenbedingungen im Energiemarkt abhängen. 20

21 Agenda Agenda 1. Vorstellung Trianel 2. Energiewirtschaft 3. Flexibilisierungsoption Pumpspeicherkraftwerk 4. Flexibilisierungsoption Wasserwirtschaftliche Anlagen 21

22 Art Flexibilisierungsoption der Präsentation Agenda Wasserwirtschaftliche Anlagen Sekundärregelpool + Verschaltung von dezentralen Erzeugungseinheiten, Verbrauchern und Speichern zur Vorhaltung und Erbringung von Regelenergie + Erzeugungsseite + Flexibel einsetzbare, dezentrale Kapazitäten (z.b. BHKW, Netzersatzanlagen) + EEG-Anlagen in der Direktvermarktung (z.b. Wasserkraftanlagen) + Verbraucherseite + Demand-Side-Management (z. B. Wasserversorgungsanlage) + Speicher und Mikro-BHKW Stromverbraucher Stromspeicher + Power-to-Heat (Elektroheizer) und Power-to-Gas + Einbindung von Sub-Pools (z. B. Mini-BHKWs) Stromerzeuger + Batteriespeicher 22

23 SRL-Pool Warum ein Poolkonzept? Technische Anforderungen (z. B. Datenübertragung, Leittechnik, Verfügbarkeit usw.) gemeinsam meistern Erreichen von Mindestangebotsgrößen Reservemanagement Skaleneffekte bei Beschaffung von z. B. Fernwirkstation oder nachrichtentechnischer Anbindung nutzen Vorhandene energiewirtschaftliche Prozesse wie das robuste Bilanzkreisund Fahrplanmanagement nutzen Von der langjährigen Erfahrung des Vermarktungspartners profitieren 23

24 SRL-Pool Anforderungen an Anlagen und Anbieter + Maximale Regelleistung: Nur der innerhalb von 5 Minuten mögliche Leistungshub kann präqualifiziert, d. h. als Sekundärregelleistung zugelassen werden + Technische Anforderungen: + Anlagengröße: ca. 500 kwel für Einzelanlagen + Bei Vorpoolung (z. B. Netzleitwarte) kommen auch kleinere Anlagen in Frage + Zeitverfügbarkeit: 95 % einer Woche, d. h. Dauer ungeplanter Ausfälle < 5 % + Anlage muss ggf. mit Hilfe einer Fernwirkeinheit steuerbar sein + Organisatorische Anforderungen: + Regelleistung muss für eine Woche vorgehalten werden können + Prognose der (minimalen) Regelleistung am Mittwoch für die folgende Woche bis Sonntag 24

25 SRL-Pool

26 SRL-Pool Leistungsausschreibung durch Übertragungsnetzbetreiber + Sekundärregelleistung ist ein Wochenprodukt. Es gibt zwei Zeitscheiben: + HT (Hochtarif): Mo. Fr. von 8 Uhr und 20 Uhr (ohne bundeseinheitliche Feiertage), + NT (Niedrigtarif): nachts, Wochenenden und Feiertage + Ablauf der wöchentlichen Auktion der Übertragungsnetzbetreiber + ÜNB schreibt Leistungsmenge aus (ca MW pro Regelrichtung) + Vermarkter bieten Leistung (mind. 5 MW) zu einem festen Leistungspreis in EUR/MW sowie Arbeitspreis in EUR/MWh an + ÜNB nehmen die günstigsten Angebote an (Entscheidungskriterium Leistungspreis) + Bei Zuschlag: Vorhaltung der angebotenen Leistung durch den Betreiber für den vollständigen Produktzeitraum (also 5 bzw. 7 Tage) / Erbringung im Abruffall

27 SRL-Pool Vermarktungsprozess + Disposition: wöchentliche Abfrage der zu vermarktenden Leistung mittwochs für die folgende Woche. Abgefragt werden: + Die verfügbare Leistung (mind. 100 kw; kann auch fix im System hinterlegt werden) + Den Arbeitspreis in /MWh (kann auch fix über die Vertragslaufzeit festgelegt werden) + Vermarkter aggregiert die Angebote und legt einen Reserveanteil fest + Vermarkter vermarktet die Leistung / nimmt an der Auktion der ÜNB teil + Festlegung von Leistungspreisen (in /MW je Produktzeitscheibe) + Eingabe von Arbeitspreisen pro Angebot (in /MWh) + Abgabe von Angeboten auf der Internetplattform der ÜNB + Abruf und Auswertung Auktionsergebnisse + Zusatzerlöse für Anlagenbetreiber: + Abschaltung von Erzeugungsleistung ca bis EUR/MW und Jahr. + Zuschaltung von Erzeugungsleistung ca bis EUR/MW und Jahr. 2013

28 SRL-Pool Abruf von Sekundärregelleistung im Bedarfsfall + Vorhaltung + Nach der Auktion legen die ÜNB die Einsatzreihenfolge aller Anlagen fest (Einsatzkriterium: Arbeitspreis) + Anlagen halten vermarktete Regelleistung vor + Abruf: Bedarf an Regelleistung + ÜNB ruft Leistung nach dem günstigsten Arbeitspreis (EUR/MWh) ab (vgl. Abbildung) + Vergütung Anlagenbetreiber: Der spezifische Arbeitspreis voll vergütet

29 Einbindung der Anlagen der Wasserwirtschaft in den SRL-Pool Analyse der Potenziale am Bsp. von Wasserversorgungsanlagen + Welche Anlagen auf der Erzeugungsseite (Netzersatzanlagen, EE Anlagen in der Direktvermarktung) stehen zur Verfügung? + Welche Leistung kann unter der Einhaltung der Versorgungssicherheit über welche Zeit im System Brunnen -> Aufbereitung -> Hochbehälter -> Verbraucher durch eine Änderung der Betriebsweise bereit gestellt werden? + Im ersten Schritt wurde auf Grundlage der Erfahrungen des Betreibers vorgegangen. + Im nächsten Schritt ist es vorgesehen, die Ermittlung modellgestützt durchzuführen, um die Potenziale wochenscharf zu ermitteln und eine für beide Anforderungen optimale Fahrweise zu ermitteln. + Darauf aufbauend kann ggf. der Strombezugsvertrag in die Betrachtung integriert werden, um eine ganzheitliche Sicht auf das System zu erhalten. 29

30 Einbindung der Anlagen der Wasserwirtschaft in den SRL-Pool Ergebnisse einer Beispielanlage + Erzeugungsanlagen: + Netzersatzanlage: 1,6 MW Positive Regelenergie + Wasserkraftanlagen: 0,5 MW Je nach Betriebspunkt positive oder negative Regelenergie + Pumpwerke in der Wasserversorgung + Positive Regelenergie: 0,2 MW + Negative Regelenergie: 0,25 MW + In der Summe: + Positive Regelenergie: ca. 2 MW = Zusatzerlös ca /Jahr + Negative Regelenergie: ca. 0,5 MW = Zusatzerlös ca / Jahr 30

31 Einbindung der Anlagen der Wasserwirtschaft in den SRL-Pool Fragen rund um die Erschließung der Potenziale + Wie wirkt sich der veränderte Einsatz der Anlagen auf die Wasserqualität aus? + Kommt es durch häufigere Schaltvorgänge zu erhöhtem Verschleiß an Anlagenteilen? + Kommt es durch die geänderte Fahrweise zu Konflikten mit dem bestehenden Strombezugsvertrag? + Steht der (geringe) Mehrerlös in Relation zur internen Überzeugungsarbeit? + 31

32 Einbindung der Anlagen der Wasserwirtschaft in den SRL-Pool Zusammenfassung + Die Nutzung der dezentralen Flexibilitätspotenziale wird zunehmend relevant. + Nach einer ersten Abschätzung stehen im Bereich der Wasserversorgung ca MW Leistung über 2..5 h zur Verfügung. + Das theoretische Potenzial der Wasserversorgung verteilt sich über zahlreiche Anlagen, so dass nur ein Teil erschließbar ist. + Trotzdem lohnt sich die Verfolgung aus folgenden Gründen: + Die Anlagen sind vorhanden und werden sowieso betrieben. + Die Fernwirktechnik ist vorhanden und bildet eine geeignete Schnittstelle. + Die Potenziale sind relativ kurzfristig zu heben. + Neben dem Einsatz auf dem Regelenergiemarkt kann das virtuelle Kraftwerk in Zukunft ggf. auch in anderen Marktbereichen eingesetzt werden. + Die Betrachtung wird in den nächsten Monaten auf andere Bereiche der Wasserwirtschaft ausgedehnt. 32

33 Die Trianel Vision Wofür wir uns begeistern Wir sind das führende Netzwerk von Stadtwerken in Europa. Wir stehen für Unabhängigkeit und neue Wege. Im Wettbewerb bieten wir unseren Partnern Kompetenz in Erzeugung, Handel und Vertrieb. Wir bündeln Aktivitäten und gestalten Energiemärkte. So unterstützen wir Stadtwerke darin, eigenständig zu bleiben. + Wir sind Trianel. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 33