Hans Schäfers Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Center for Demand Side Integration (C4DSI)

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1 Smart Grids Demand Side Management Intelligente Vernetzung von Stadtinfrastrukturen 21. Mai 2014, Sophienhof, Frankfurt a.m. Hans Schäfers Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Center for Demand Side Integration (C4DSI)

2 Was ist das Problem? Und wie hilft da die Integration der Verbrauchsseite? Welche Potentiale zur Integration der Verbraucherseite gibt es? Intelligente Vernetzung von Stadtinfrastrukturen: 3 Beispiele aus dem C4DSI.

3 Was ist das Problem? Und wie hilft da die Integration der Verbrauchsseite?

4 Strukturwandel in der Energieerzeugung: Diese Dekade 4

5 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende 111 GW 47% EE 5

6 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Stand 2012: 76 GW (BMU 2013) 111 GW = 47% EE 6

7 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Stand 2013: 83 GW (BEE 2014) 111 GW = 47% EE 7

8 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Mit Zubaubremse lt. Gabriel ab 2014 Wind & PV max. je 2,5 GW/a 118 GW ~ 50% EE 8

9 Strukturwandel in der Stromerzeugung durch die Energiewende Mit Zubaubremse lt. Gabriel ab 2014 Wind & PV max. je 2,5 GW/a 118 GW ~ 50% EE Bereich der Netzlast in D 9

10 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto 10

11 Fluktuation der Residuallast bei 47% EE an der Stromproduktion Anteil erneuerbare 47%, Basiswetterjahr 2007, netto Vorh. Grundlastkraftwerke 11

12 Glättungseffekt durch Last- und Erzeugungsmanagement Beitrag zur Lösung des Problems: Glättung der Residuallast durch Integration der Verbrauchsseite (Demand Side Integration, DSI) und Speicherung von Überschussenergie (Pumpspeicher, Power to Gas) Einfluss von DSI und Pumpspeicher (Potential von 2006) bei 47% REG (Wetter Daten 2007). Quelle: Fraunhofer IWES 12

13 Welche Potentiale zur Integration der Verbraucherseite gibt es?

14 DSI, DSM und DR: Definitionen Definition Demand Side Integration DSI: DSI umfasst alle Aktivitäten zur Flexibilisierung der Stromverbrauchsseite. DSI ist der Sammelbegriff für Demand Side Management (DSM) und Demand Response (DR). DSI = DSM + DR Demand Side Management (DSM): DSM bezeichnet die direkte Beeinflussung des Energiebedarfs der Verbraucherseite (Regelung/Steuerung über automatisierte Systeme). Laständerungen durch DSM sind bei existenten Feed Back Systemen in ihrer Höhe wissbar. Demand Response (DR): DR bezeichnet die indirekte Beeinflussung des Energiebedarfs der Verbraucherseite durch variable Preise oder ähnliche indirekte Stellgrößen. Laständerungen durch DR sind im Vorhinein nur prognostizierbar.

15 Lastverlagerungspotenziale in Deutschland: Industrie Quelle: VDE ETG Studie DSM.

16 Lastverlagerungspotenziale in Deutschland: GHD Quelle: VDE ETG Studie DSM.

17 DSI Potentiale in Deutschland: Theoretische Potentiale nach Sektoren Theoretische Potentiale in GW Sektor Industrie 4,5 4,5 4,5 GHD Haushalte Summe 24,5 33,5 50,5 Quelle: VDE ETG Studie DSM. 17

18 Steuerung von Verbrauchslasten Intelligente Vernetzung von Stadtinfrastrukturen: 3 Beispiele aus dem C4DSI. 1. Vernetzung dezentraler Versorgungsanlagen a) in Wohngebäuden (Kooperationspartner EnBW) bzw. b) im Sektor GHD (Kooperationspartner Hamburg Energie)

19 Euro/MWh Lastverlaufsplan WP nach EEX-Preisen Massensimulation mit SW-WP :00 06:00 12:00 18:00 24:0 0

20 Verlagerbare Leistung aus Lüftungsanlagen in Bürogebäuden in der Hamburger Innenstadt in kw

21 Qualitatives und quantitatives Potential für Büro- und HS-Geb. in Hamburg: Summenverteilung kw P vent,mittel : ca. 62 MW P kühl,mittel: ca. 140 MW Gebäudekategorie Anteil an Anzahl Gebäude absolut relativ x Anteil an der Leistung A ,39 % 65,99 % B ,88 % 16,91 % B ,42 % 8,53 % C ,32 % 8,57 % Summen ,00 % 100,00 % Sehr sicher Sicher Unsicher Sehr unsicher 21

22 Qualitatives und quantitatives Potential für Büro- und HS-Geb. in Hamburg: Summenverteilung kw P vent,mittel : ca. 51 MW, P kühl,mittel: ca. 116 MW. ~ 83% der Leistung x Gebäudekategorie Anteil an Anzahl Gebäude absolut relativ Anteil an der Leistung A ,39 % 65,99 % B ,88 % 16,91 % B ,42 % 8,53 % C ,32 % 8,57 % Summen ,00 % 100,00 % Sehr sicher Sicher Unsicher Sehr unsicher ~ 25% der Gebäude 22

23 Steuerung von Verbrauchslasten Intelligente Vernetzung von Stadtinfrastrukturen: 3 Beispiele aus dem C4DSI. 2. (Teilweise) stromgeführte KWK Anlagen (Kooperationspartner Hamburg Energie)

24 Smart Power Hamburg: Wärmespeicher in der Stadtinfrastruktur für (zeitweise) stromgeführte KWK Beispiel: Alte Hochbunker Etwa 600 alte Bunker in Hamburg. Davon rund 200 ungenutzte Hochbunker. Davon rund 15 geeignet für dezentrale KWK mit großen Speichern. Davon 10 Premiumlagen nahe am Fernwärmenetz. Speichervolumen m³ Wärmespeicherkapazität rund MWh für bis zu 30h im Winter Deckung 5% der Wärmelast 25 Mwel. 24

25 Intelligente Vernetzung von Stadtinfrastrukturen: 3 Beispiele aus dem C4DSI. 3. Prozessdampf in der Industrie (Kooperationspartner untersch. Unternehmen)

26 Power-to-Gas zur Speicherung überschüssiger EE Quelle: IWES,

27 Aber Power-to-Gas und gleichzeitig Gas-to-Heat? Gas Boiler Heat (storable!) Quelle: IWES, 2013 (verändert) 27

28 Aber Power-to-Gas und gleichzeitig Gas-to-Heat? Gas Boiler Heat (storable!) Electr Boiler Quelle: IWES, 2013 (verändert) 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel Beispiel Industrieunternehmen / Chemiefirma im Hafen: Hoher und recht konstanter Strom- und Prozessdampfbedarf BHKW ersetzt weitgehend früher genutzte Gaskessel

34 Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel Industrieller Betrieb mit konstantem, hohen Wärmebedarf: Wärmeversorgung über Gasturbine in Kombination mit Gaskesseln: elektrische Leistung: 5 MW el Thermische Leistung: 10 MW th Lastreduktion auf 50% der Nennleistung zulässig Gasturbine auf Grundlast dimensioniert (8.000 VLS) Stromversorgung: Bezugspreis: 12 cent/kwh Mittlerer Stromverbrauch: 4 MW Jahreshöchstlast: 5 MW KWK-Strom wird selber verbraucht KWK Vergütung 6 Ct

35 th. Leistung Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel th. Leistung 1. Szenario: Substitution durch Spitzenlastkessel => angeboten Regelleistung 2,5 MW 2. Szenario: Substitution durch E-Kessel => angeboten Regelleistung 7,5 MW Gaskessel KWK Gaskessel KWK E-Kessel

36 Wirtschaftlicher Nutzen für Industrieunternehmen Ein Beispiel Wirtschaftliche Bilanz: Kosten: Nebenkosten Strombezug (EEG,NNE, Stromsteuer, etc.) Ausfall KWKG-Vergütung Ausfall Stromverkauf + vnne Stromkosten E-Boiler stand-by Wirtschaftliches Potential: Erlöse: Erlöse aus Leistungspreis für Vorhaltung Erlöse aus Arbeitspreis für Erbringung Einsparungsertrag aus vermiedenem Gaseinsatz Szenario 1 Szenario 2 Substitution durch angebotene Leistung Σ Kosten p.a. Σ Erlöse p.a. Ergebnis p.a. Gas 2,5 MW Strom 7,5 MW

37 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Hans Schäfers Center for Demand Side Integration (C4DSI) an der HAW Hamburg Alexanderstr Stock Hamburg Hans.Schaefers (at) HAW-Hamburg.de

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