AUSBAUOPTIMIERUNG DEZENTRALER ENERGIESYSTEME ZUR UNTERSUCHUNG VON FLEXIBILITÄTSPOTENZIALEN BEIM AUSBAU ERNEUERBARER ENERGIEN

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1 AUSBAUOPTIMIERUNG DEZENTRALER ENERGIESYSTEME ZUR UNTERSUCHUNG VON FLEXIBILITÄTSPOTENZIALEN BEIM AUSBAU ERNEUERBARER ENERGIEN Jessica Thomsen, Natapon Wanapinit Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Wien, 16. Februar

2 Motivation Zunehmende Dezentralisierung Verstärkter Einsatz von Kommunen und Regionen im Bereich erneuerbarer Energien Häufig primär auf politischer Ebene ohne Koordination einzelner Ziele oder Überprüfung der Ziele durch techno-ökonomische Analysen Untersuchung unterschiedlicher Ausbauziele anhand einer beispielhaften Region in Deutschland 2

3 Ökonomie System & Technologie Infrastruktur Modell Übersicht Eingangsdaten Modellierung Ergebnisse Erzeugungsanlagen Speicher Netzinfrastruktur Lasten Geographische Abdeckung: Regional begrenztes Verteilnetz Zeitlicher Horizont: Ausbauplanung in Jahresschritten Einsatzplanung Ausbauplanung Erzeugungsprofile EE Wetterdaten Trends Regulierung Potenzial EE Potenziale DSM Modell Strommarktmodell Gemischt-ganzzahliges Optimierungsmodell in GAMS Systemlayout Produktionsmengen Anteil EE Nutzung DSM Netzausbau Day-Ahead-Preise Regelleistungspreise Technologiekosten Zielfunktion: Kostenminimierung über Betrachtungshorizont Systemkosten Gebotsmengen am Day- Ahead und Regelenergiemarkt Szenarienannahmen Ergebnisse der Szenarien 3

4 Anwendungsfall Modellregionen 4

5 Anwendungsfall Szenariendefinition Ausbauziel KWK-Betrieb Szenarien Beschreibung Erneuerbare Eigenverbraucgeführt Hybrid Wärme- KWK Energien Szenario mit einem konservativen Ausbau erneuerbarer BAU X - - X - Energien BAU-Free Szenario ohne Ausbauziele X - BAU-DSM BAU Szenario mit DSM Potenzial X - - X - BAU-DSM Szenario mit dem Handel am BAU-RE X - - X - Regelleistungsmarkt CHP-H CHP-E BFLEX CFLEX Szenario mit dem Ziel, erneuerbare Energien und die Anzahl an Blockheizkraftwerken zu erhöhen CHP-H Szenario mit hybrider Betriebsführung von KWK- Anlagen BAU mit Eigenversorgungsziel und Berücksichtigung von DSM CHP-E mit Eigenversorgungsziel und Berücksichtigung von DSM X X - X - X X - - X X - X - X X X X - X 5

6 Anwendungsfall Ausbauziele Erneuerbare Energie Ausbauziel* EE Erzeugung erhöht sich nach Netzentwicklungsplan B KWK Ausbauziel* KWK installierte Leistung erhöht sich je nach Netzentwicklungsplan B Eigenverbrauchsziel Eigenverbrauch nimmt stetig vom Status-Quo zu 100% im Jahr 2035 zu. Im Modell bedeutet dies die Reduktion des möglichen Einkaufs an der EEX. * Diese Ziele werden von Hessens eigener Prognose abgeleitet. 6

7 Ergebnisse Resultierende Kosten Ausbauziele erhöhen Kosten: 7 EE Ziele: 20-45% KWK Ziele: 68% Regionales Eigenverbrauchsziel: 60% Änderungen im Lastverlauf haben keinen Einfluss gezeigt. Flexibilitätsoptionen können Kosten reduzieren DSM: 29-41% Abregelung: 9% CHP Hybrid Betrieb: 3%

8 Ergebnisse Installierte Leistungen DSM Zubau im ersten Jahr Kein Batteriezubau Kein Ausbau von Übertragungskapazitäten Unter KWK-Zielen wird KWK Gas gegenüber Biogas bevorzugt. 8

9 Ergebnisse Auswirkung DSM auf DSM: Lastverschiebung von den Stunden mit hohen EEX-Preisen zu Stunden mit niedrigen Preisen, um die Kost zu reduzieren. 9 Mehr Erzeugung kann während der Hochtarifzeit einspeisen. Dagegen verringert sich der Eigenverbrauch.

10 Ergebnisse Auswirkung von DSM auf Abregelung Die Nachfrage wird zu den Zeiten erhöht, an denen Wind an seinen Grenzkosten erzeugt, wodurch Abregelung vermieden wird und die Systemeffizienz steigt 10

11 Ausbauoptimierung - Anwendungsfall Wolfhagen Auswirkung Abregelung auf Netzbelastung Im letzten Jahr wird eine Wind-Kapazität installiert, die die Leitungskapazität übersteigt. Die Spitzeinspeisung wird gekappt, sodass der Netzausbau durch die EE Abregelung vermieden wird. 11

12 Belastung des Stromnetzes Stromnetzverwendung Dezentrale Anlagen können nicht immer eine verminderte Stromnetzverwendung gewährleisten. DSM erhöht die Netzverwendung, weil die Nachfrage und die Erzeugung entkoppelt sind. DSM und dezentrale Anlagen erhöhen die Fluktuation des Stromflusses. 12

13 Ausbauoptimierung - Anwendungsfall Wolfhagen Sensitivitätsanalyse Basierten Szenarien BAU CHP-H Veränderte Parameters EEX Preis Nachfrage EE Ausbau Brennstoffpreis Emission Preis Kos tenänderung + 10% - 12,4% - 10% + 13,2% + 10% + 5,5 % - 10 % - 2,9 % Früher + 12,6 % Später - 2,8 % + 10 % 2,9 % - 10 % -2,9 % High + 0,3 % Low % EEX Preis beeinflusst die Kosten erheblich Kostenreduktion bei steigendem EEX Preis durch erhöhte lokale EE-Installation Ein früher Technologieausbau erhöht die Kosten Brennstoffpreis und Emission Preis haben einen geringeren Einfluss aufgrund der begrenzten KWK Installation. 13

14 Zusammenfassung Die Systemkosten sind stark von Ausbauzielen getrieben Flexibilitätsoptionen reduzieren die Systemkosten, da Preisschwankungen besser ausgenutzt werden können DSM wird Batterien vorgezogen Abregelung wird einem Netzausbau vorgezogen Zeithorizont der Ausbauziele beeinflusst resultierende Kosten erheblich 14

15 Ausbauoptimierung - Anwendungsfall Wolfhagen Auswirkung DSM auf Abrelegungsminderung Die Nachfrage wird zu den Zeiten erhöht, an denen Wind an seinen Grenzkosten erzeugt, wodurch Abregelung vermieden wird und die Systemeffizienz steigt 15

16 Ausbauoptimierung - Anwendungsfall Wolfhagen Überblick 100%-EE Region gehört zu Hessen Gesamtlast GWh 18.7 GWh von Standardlast profil (SLP) 14.8 GWh Registrierende Leistungsmessung (RLM) 80 Knoten im Mittelspannungnetz, aggregiert zu 30 Knoten Last Region 16

17 Ausbauoptimierung - Anwendungsfall Wolfhagen Auswirkung Abregelung auf ökonomischen Betrieb EE Erzeugung wird abgeregelt, wenn der Preis der EEX niedriger ist als die variablen Kosten. Variable Kosten: Wind: 18 /MWh; PV: 0 /MWh. 17

18 Ausbauoptimierung - Anwendungsfall Wolfhagen KWK Wärmegeführter- vs. Hybrid-Betrieb Beim wärmegeführten Betrieb folgt KWK-Erzeugung strikt dem Wärmebedarf. Beim Hybrid-Betrieb hat KWK die Flexibilität von größeren Wärmespeicher, um die Erzeugung zu steuern. 18 Erhöhung der Einspeisung während hoher Spotmarktpreise Abschaltung der Anlage während niedriger Spotmarktpreise

19 Ergebnisse Regionale Verteilung der neuen Erzeugung Erzeugungszubau nah an der Last -> strategischere Verteilung der Kapazitäten 19 Kapazität Zuteilung je Regionen: Status-Quo (oben), im 2035 (unter) von PVCHP Szenario