Dipl.-Ing. (FH) Joachim Walter Transferstelle Bingen in Ludwigshafen

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1 Intelligente Verbraucher - Energiewirtschaftliche Perspektiven von Flexibilität in Unternehmen Erfahrungen aus dem Projekt VEVIDE mit Zukunftsausblick Dipl.-Ing. (FH) Joachim Walter Transferstelle Bingen in Ludwigshafen

2 Inhalt Vorstellung TSB VEVIDE Forschungsprojekt, Ziele Notwendigkeit virtueller Kraftwerke (vk) Stromwende Anwendungsbeispiele Vermarktungsmöglichkeiten u. Einstiegsmarkt Regelenergie Einordnung VEVIDE Ergebnisse in MRL/SRL Marktvolumen Entwicklung virtuelle Kraftwerke Kommunikationstechnik Präqualifikation Fazit u. Ausblick 2 2

3 Über die TSB Transferstelle Bingen (TSB) Gründung 1989 Als Institut an der Technische Hochschule Bingen (TH Bingen) Integriert in die ITB ggmbh Themen: Regenerative Energiesysteme, Rationelle Energienutzung und Biogene Werkstoffe Mitarbeiter Wissenschaftliche Leitung: Prof. Dr. Oliver Türk Die TSB heute: 20 feste Mitarbeiter + 10 freie Mitarbeiter (Studierende) Bundesweite Projekte mit Schwerpunkt RLP Etwa 130 abgeschlossene Energieprojekte pro Jahr Fachtagungen zu unterschiedlichen Energiethemen mit ca Besuchern im Jahr 3

4 Tätigkeitsfelder Kommunen Energiewirtschaft Gewerbe & Industrie Biogene Werkstoffe Kommunale Energie- und Klimaschutzkonzepte Quartierskonzepte Wärmeversorgung Gebäudeenergie Energiedesign Energieversorgung Geothermie Energiekonzepte für Abfall- und Abwasserbetriebe Energiewirtschaftliche Optimierung Zusatzvermarktungsmöglichkeiten Energiewirtschaftliche Bewertung der Eigenstromerzeugung Kommunikations- Hardund Software Studien zur Direktvermarktung Virtuelles Kraftwerk Erprobung von energietechnischen Anlagen am eigenen Prüfstand Energiekonzepte Energieaudit /- management Energiedesign/ Qualitätsmanagement Energiestrategien Ressourceneffizienz Prozessoptimierung Carbon Footprint Ökobilanzierung Nachhaltige Mobilität Wissenschaftliche Begleitung von Feldtests Biogene Werkstoffe Werkstoffliche Anwendung nachwachsender Rohstoffe Materialentwicklung Materialanalyse Alternativen zu petrochemischen Kunstund Verbundwerkstoffen Ressourceneffizienz Ökobilanzierung Veranstaltungen / Fachtagungen 4

5 Geschäftsführung TSB Prof. Dr. Oliver Türk Wissenschaftlicher Leiter der TSB Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe Energetische Nutzung nachwachsender Rohstoffe Verbundwerkstoffe Dipl.-Ing. Joachim Walter Geschäftsführer der TSB Planung Energiedesign Forschung und Entwicklung Lüftungs- und Klimatechnik Energiemanagement Mobilitätskonzepte Biogene Werkstoffe Energiewirtschaft Dipl.-Ing. Michael Münch Stellvertretender Geschäftsführer der TSB Geothermie Regionale und kommunale Energienutzung Energienutzung in der Abfallwirtschaft Klimaschutzkonzepte Gruben- und Thermalwasserwärmenutzung 5

6 Stromwende: Ausbau der Erneuerbaren Umsetzung des europäischen Klimaschutzziels durch Ausbau des EE-Anteils am Strommix schreitet weiter fort EE-Anteil an der deutschen Stromproduktion in 2014 bei 26,2% 1 Entwicklung des Erzeugung der elektrischen Arbeit in Deutschland Datenquelle: unendlich-viel-energie.de 1 in 2015 liegt der Anteil wahrscheinlich bei über 33% Quelle: Handelsblatt

7 Stromwende: Ausbau der Erneuerbaren Umsetzung des europäischen Klimaschutzziels durch Ausbau des EE-Anteils am Strommix schreitet weiter fort EE-Anteil an der Stromproduktion in 2014 bei 26,2 % Weiterer Ausbau der EE mit zunehmend Überschussphasen verbunden Ziel: Verwertung des Überschussstrom statt Entsorgung Gewinner der Verwertung: zuerst Betreiber von Anlagen mit geringer Investition (PtH, NEA, flexible Verbraucher, usw.) 7

8 Ausblick: Niedriges Strompreisniveau dürfte anhalten Das allgemeine Strompreisniveau hat in den letzten Jahren stetig abgenommen (Gründe: Ausbau der EE, niedrige CO 2 -Preise, konventionelle Überkapazität) Kurz- bis mittelfristig spricht wenig für eine Umkehrung des Trends Geringere Einnahmen für Flexibilitäten durch die Standardvermarktung des erzeugten Stroms 8

9 VEVIDE Aufbau eines Verbundes dezentraler Stromspeicher verschiedenster Art zu einem virtuellen Energiespeicher Kooperationspartner : assoziierter Partner Projektlaufzeit: bis Gefördert vom: 9

10 Projektziele und angestrebte Ergebnisse Ansprache von 43 Unternehmen verschiedenster Branchen (Zement, Energie, Metall, Kosmetik, Kunststoff, Papier, Chemie, Stein, ) Beratung, Bestandsaufnahme, Bewertung und Erprobung vorhandener Anlagenflexibilität in den Unternehmen verfahrenstechnische und energiewirtschaftliche Bewertung der Flexibilität Aufbau eines VEVIDE Pools und Integration der Anlagen 10

11 Überblick über Flex-Verbraucher gesamt MW Simulation & Prognose: Wetter, Energiebörse, Energiebedarf Induktion Rührwerk Beleuchtung z.b. Gartenbau Zentrifugen/ Abscheider Industrie & Gewerbe POOL Ventilator/ Gebläse Pumpen Automatisierte Werkzeuge SmartMeter & vkready kwh 000 Virtual Power Plant Klein- GHD Kühlung Walzen/ Mühlen Klimatisierung Pumpen Ventilator/ Gebläse Wärmepumpe WP Smart Meter kwh 000 HH PV ggf. mit Speicher Smart Meter kwh 000 Photovoltaik Speicher Förderlinien Bänder Schnecken E-Mobilität Smart Control Haushaltsgeräte, E-KFZ 11

12 Schema eines virtuellen Energiespeichers Verwertungskonzept EE-Überschüsse 12

13 Identifizierung und Bewertung der Flexibilitäten Anlagen in Unternehmen BHKW Verdichter Zentrifugen Pumpen Gebläse Material - Mühlen Notstromanlagen Heizwerke Kälte-und Klimageräte Zubau Potenziale PtH PtG Batterien Elektrolyseur Jede Anlage besitzt spez. Anlagencharakteristik: Techn. An- bzw. Abfahrgeschwindigkeit zeitliche unterschiedliche Flexibilitäten durch die Prozesse selbst 13

14 Ergebnisse der Potenzialanalyse in VEVIDE Die Auswertung der Anlagenleistungen der 43 angesprochenen Unternehmen ergab ein Gesamtflexibilitätspotential von 191 MW el Zehn Anlagen konnten mit einer Kommunikationseinheit ausgestattet und im VEVIDE Pool eingebunden werden, eine Anlage wurde durch eigenen Stromhändler in einem anderen Pool eingebunden Flexibilitätspotential der zehn Anlagen ca. 15 MW el Umsetzungsrate von 8 % am Gesamtflexibilitätspotential als FIRSTMOVER 1. Unternehmen für Zementherstellung: Zwei Rohmühlen je kw el 2. Herstellung von Straßenbeläge: Die Bitumenheizung der Bitumenmischanlage 200 kw el 3. Energieversorger: Zwei PtH-Anlagen im Fernwärmeheizwerk, je 5 MW el eine PtH-Anlage im Nahwärmeheizwerk und BHKW Gesamtflexibiliät: 100 kw el 4. Kläranlage: Zwei BHKW s auf der Kläranlage, je 400 kw el 5. Hersteller chemischer Erzeugnisse: im eigenen vk eingebunden Gasturbine - Abwicklung über ihren Stromhändler, 100 kw el 14

15 Anwendungsbeispiel Einsatz BHKW u. Elektroerhitzer 15

16 Beispiel: Kläranlage (Worms) Flexible Komponenten des Klärwerks: BHKW Abwasserpumpwerk Verdichter Sandfanggebläse Rührwerke im Belebungsbecken Rezi-Pumpen Rücklaufschlammpumpen Beschickungspumpen usw. Bildquelle: Klärwerk Worms, EBWO 16 16

17 Beispiel Zementindustrie Fotos: Ralf Simon,

18 Definition des virtuellen Kraftwerks Ein virtuelles Kraftwerk ermöglicht die markt- und netzorientierte Verknüpfung dezentraler Erzeuger und Verbrauchslasten. Anwendungsgebiet von virtuellen Kraftwerken sind: 1. Marktdienlich (Stromhandel, BKM-Ausgleich) 2. Netzdienlich (Spannungshaltung, Blindleistung) 3. Systemdienlich (Regelenergie) 1. Virtuelles Kraftwerk = dezentrale Energiestationen + zentrale Ansteuerung

19 Märkte für flexible Erzeuger und Verbraucher im virtuellen Kraftwerk Märkte für Flexibilitäten Gesetzliche Vergütung Marktorientierte Fahrweise KWK-Anlagen (KWKG, EEG) Stromhandel (Direktvermarktung) Vermarktung Spotmarkt (Strombörse EEX) Systemdienstleistungen Regelenergie (ÜNB) Bilanzkreismanagement (Ausgleichsenergie) 19

20 Möglichkeiten der Flexibilitätsbereitstellung Positiver Leistungshub (Unterspeisung) Negativer Leistungshub (Überspeisung) Stromerzeuger: Leistung erhöhen, einschalten Stromerzeuger: Leistung senken, Abschalten Stromverbraucher: Leistung senken, abschalten Stromverbraucher: Leistung erhöhen, einschalten 20

21 Einstiegsmarkt in die Flexibilität: Regelenergie Primärregelleistung Sekundärregelleistung Minutenreserve ± Regelung positiv negativ positiv negativ Schematische Darstellung und Abruffolge der Regelenergieprodukte 100% Übertragungsnetzbetreiber Verantwortlichkeit für Störungsbeseitigung Bilanzkreismanager geforderte Leistung Sekundärregelleistung Minutenreserve Primärregelleistung Bilanzkreismanagement 30s 5 Min. 15 Min. 45 Min. 60 Min. 21

22 Anforderungen der Regelenergie Primärregelleistung (PRL) Sekundärregelleistung (SRL) Minutenreserve (MRL) Aktivierung Bis 30 Sekunden 5 Minuten bis zur Erbringung Bis 15 Minuten Ausschreibungszeitraum Wöchentlich Wöchentlich werktäglich Vertragsdauer 1 Woche 1 Woche 4 Stunden Produktzeitscheiben Keine (gesamte Woche) HT: Mo-Fr, 8-20 h, ohne Feiertag NT: restl. Zeitraum 6 Zeitscheiben á 4-Stunden am Tag Produktdifferenzierung Keine (symmetrisches Produkt) Positive / negative SRL Positive / negative MRL Mindestgebotsgröße 1 MW 5 MW (Inkrement in 1MW-Schritten) 5 MW (Inkrement in 1MW-Schritten) Dauer 30 Sek. bis 15 Min. 5 Min bis 4 Std. 15 Min bis 4 Std. Änderungsgeschwindigkeit automatische Aktivierung nach Frequenzabweichung (von 200 mhz bei einer Genauigkeit von ± 10 mhz.) mind. 2 % pro Minute der Nennleistung mind. 2 % pro Minute der Nennleistung Vergabe Leistungspreis-Merit-Order Leistungspreis-Merit-Order Leistungspreis-Merit-Order Vergütung Pay-as-bid (Leistungspreis) Pay-as-bid (Leistungs- und Arbeitspreis) Pay-as-bid (Leistungs- und Arbeitspreis) Höchsten Anforderungen Mittlere Anforderungen Geringere Anforderung Aktuell gültige Marktregeln Stand

23 Wesentliche Eckpunkte des Konsultationsverfahrens der BNetzA zur Regelenergie Stichtag Sekundärregelleistung Ausschreibung erfolgt kalendertäglich Produktscheiben 6 Scheiben a 4 h pro Tag 2. Minutenreserve Ausschreibung erfolgt kalendertäglich Unterscheidung zwischen Minutenreserveleistung (MRL) und Minutenreservearbeit (MRA) Produktscheiben 6 Scheiben a 4h pro Tag (MRL) bzw. 96 Scheiben a 0,25h pro Tag (MRA) Zielsetzung: leichtere Integration von Windkraftanlagen steuerbaren Verbrauchern Speichern 23

24 MRL und SRL Marktvolumen Ausschreibungen der Übertragungsnetzbetreiber auf der Internetplattform Erhobenes Potential in Vevide: 191 MW el ~11 % Anteil der negative MRL Tagesausschreibung (TA) Erhobenes Potential in Vevide: 191 MW el ~9 % Anteil der negative SRL Wochenausschreibung (WA) 24

25 Entwicklung eines virtuellen Kraftwerks 25

26 Virtuelles Kraftwerk der TSB (Marktparallel-Server) Aufbau + Akteure Marktdaten SIM-Karte Modem SPS I/O - Module Ausgleichsenergie Prozessleitsystem Steuerung Überwachung Ausfallmanagement Fahrplan - Simulator PRL, SRL, MRL Intraday / Day-Ahead Gateway zur Kommunikation mit dezentralen Anlagen EC 24 Web (Teil von EC 24) Verfügbarkeitsplanung der Kundenanlagen Ergebnisreihen Analyse Energiewirtschaftliche Optimierung Bildquelle: whg-anlagenbau 26

27 Kommunikationstechnik vor Ort Anschlussplan Minutenreserveset Pos. Bezeichnung 1 An-Ausschalter Stromversorgung 2 Netzteil 3 Com.Tom: Spannungsregelung, Modem, Anschluss Antenne 4 digitale Ausgänge mit Übertragung Soll-Wert von ÜNB und Sendung der Anforderung (Daten in BHKW) 5 Messwertwandler (Signalumwandler von einer BHKW- Betriebsmeldung zum Eingangssignal) 6 digitale Eingänge mit Übertragung Störmeldungen, Ist-Werte, Meldungen (Daten aus BHKW) 7 PWM-DC Konverter ( wandelt die digitalen Ausgänge vom ÜNB in analoge Ausgangsdaten für das BHKW um) 27 Mainz, den 13. Juni

28 Präqualifikation der Anlage 1. Nachweis der technischen Eignung durch den Doppelhub-Nachweis : 2. Nachweis der organisatorischen Eignung : BKV Bescheinigung, VNB Bescheinigung, Eigentümer - Bescheinigung 28

29 Anmeldung der Leistung Default: Maschine ist angemeldet Außerhalb der Wochenplanung ist eine Abmeldung einfach und simpel direkt vom Anlagenbetreiber vorzunehmen. 29

30 Poolleitwarte des virtuellen Kraftwerks Systemüberwachung in allen Phasen (Planungs-, Vorhalte-, Erbringungsphase) Kontakt zu Bereitstellern Kontakt zur Leitwarte des ÜNB 30 30

31 Flexibilität und die Wärmewende Flexible Anlagen nutzen Überschussstrom und reduzieren den Primärenergiefaktor Ausbau der EE erhöht die Klimaschutzpotenziale für flexible Anlagen Beitrag zur Energiewende Reduktion der CO 2 -Emissionen bei SRL Abrufen 31

32 Fazit und Ausblick Ausbau der Erneuerbaren wird weiter stattfinden Zunehmend Phasen mit Stromüberschüssen bzw. Strommangel Strommärkte entwickeln sich stochastischer, d.h. weniger planbar Flexible Anlagen (Stromerzeuger und Stromverbraucher) sind in Unternehmen in RLP heute schon vorhanden Einstiegsmarkt Regelenergie schafft erste Wirtschaftlichkeit und startet Bewertungsprozess Die Verschiebung von Last im Unternehmen ist kostengünstiger als Netzausbau, Speicherung oder Vorhaltung von Kraftwerksleistung Unternehmen sind preisbildend stabilisieren Netzentgelte es gilt Anlagenflexibilität in Unternehmen zu finden, zu bewerten und ggf. in ein virtuelles Kraftwerk zu integrieren 32

33 Weitere Flexibilität auch im Trinkwasserbereich Pumpen zur Trinkwasserversorgung in Kombination mit einem Hochbehälter Energiewirtschaftliche Optimierung und virtuelle Kraftwerke in der Trinkwasserversorgung am Beispiel der Stadtwerke Trier gefördert von: 33

34 Vorankündigung Tagungen : 5. Fachtagung Energiewende und Klimaschutz in Kommunen in Bingen gefördert vom MUEEF : Klärwerksseminar in Trier aus der Reihe Binger Intensivseminare Kläranlagen Baustein in den Stromnetzen der Zukunft gefördert vom MUEEF : Binger Intensivseminar: Direktvermarktung mit Kraft-Wärme-Kopplung Chancen Potentiale - Erlöse : 10. KWK-Impulstagung gefördert vom MUEEF 34

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt Dipl.-Ing. (FH) Joachim Walter (06721) Mit Energie für Effizienz und Umwelt Transferstelle Bingen Berlinstraße 107a Bingen

Verena Honeck M. Sc. Transferstelle Bingen 18.02.2016 in Mainz. Mainz, 18.02.2016 www.tsb-energie.de Verena Honeck Transferstelle Bingen

Verena Honeck M. Sc. Transferstelle Bingen 18.02.2016 in Mainz. Mainz, 18.02.2016 www.tsb-energie.de Verena Honeck Transferstelle Bingen Anlagenflexibilität auf Kläranlagen am Beispiel von arrivee Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein in intelligenten Verteilnetzen mit erneuerbarer Energieerzeugung Verena Honeck M. Sc. Transferstelle

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