Die 3 Säulen des intelligenten Verteilnetzes am Praxisbeispiel des europäischen Forschungsprojektes Web2Energy

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1 Die 3 Säulen des intelligenten Verteilnetzes am Praxisbeispiel des europäischen Forschungsprojektes Web2Energy Prokurist HSE AG und Technischer Geschäftsführer NATURpur Institut Agenda Energiewende: Herausforderungen für die Netze Energieversorgung GESTERN HEUTE MORGEN Die 3 Säulen des intelligenten Verteilnetzes Netzautomatisierung (self healing grid) Virtuelles Kraftwerk (Regenerative Einspeiser + (Batterie-)speicher) Integration von Kunden mit Smart Meter 2 1

2 Energieverteilung gestern 3 Elektrizitätswirtschaft in Deutschland 4 Übertragungsnetzbetreiber ca. 30 große Verteilnetzbetreiber (HSE ist einer davon) 4 > 800 kleine Verteilnetzbetreiber (Stadtwerke) 2

3 Gleichgewicht von Erzeugung und Verbrauch 5 Beispiel eines Lastgangs in Deutschland 6 3

4 Was ist ein Verteilnetz? Verteilnetze: 4 x von der Erde zum Mond ÜNB VNB Quelle: Monitoringbericht der BNetzA Gesamt km km HöS km 300 km HS 125 km km MS 0 km km NS 0 km km Das Netzgebiet der HSE 8 4

5 Anforderungen ans Netz Der Störenfried Die Tänzerin Das Sensibelchen Verfügbarkeit des Netzes 9 Energieverteilung heute 10 5

6 PV- und Windkraftanlagen sind fluktuierend Leistung MW 8 MW MW 6000 MW MW 4 MW2 MW 4000 MW 2000 MW 0 MW 00 h 04 h 08 h 12 h 16 h 19 h 23 h Uhrzeit Leistung 700 W 600 W 500 W 400 W 300 W 200 W 100 W 0 W 00 h 04 h 08 h 12 h 16 h 20 h 00 Uhrzeit Leistung 500 kw 400 kw 300 kw 200 kw 100 kw 0 kw 00 h 04 h 08 h 12 h 16 h 19 h 23 h Uhrzeit 11 Was hat die Energiewende in Deutschland mit Verteilnetzen zu tun? Ca. 97 % aller Anlagen in MS und NS Ca. 80 % der Leistung in MS und NS Quelle: BNetzA Monitoringbericht 2011 Quelle: (zuletzt aufgerufen am um 7.40h) Anzahl Kraftwerke: 1990: ca : >> 1,2 Mio 12 6

7 Installierte Leistung Windkraft und Photovoltaik in Deutschland Wind- und PV-Ausbau in Deutschland 13 GW Quelle: Photovoltaik Windenergie allgemein/application/pdf/ee_in_deutschland_graf_tab.pdf zuletzt aufgerufen am , 9h Status Quo: Unverzüglicher Netzanschluss Windhundprinzip : Unstrukturierter und nicht planbarer Netzausbau Vorhandene Umspannanlage 14 7

8 Lösungsvorschlag: Volkswirtschaftliche Gesamtoptimierung 1. Ausschlussflächen unter Berücksichtigung Netzstruktur 2. Festlegung Flächennutzung (Anzahl / Größe WKA) 3. (Regulatorische) Genehmigung der WKA-Flächen 4. Bereitstellung netztechnische Infrastruktur ( Steckdose ) 5. Bau der Windkraftanlagen WIN WIN WIN - Situation 15 Energieverteilung morgen 16 8

9 17 Der alte zentralistische Ansatz: 18 9

10 Der neue Ansatz: Übertragungsnetze regionale Smart Grids Systemdienstleistungen im Verteilnetz, Selbstbilanzierende Smart Grids 19 Der neue Ansatz: Übertragungsnetze regionale Smart Grids Systemdienstleistungen im Verteilnetz, Selbstbilanzierende Smart Grids 20 10

11 Von lokalen Einzeloptima zum regionalen Gesamtoptimum BHKW Wasserkraftanlagen Großkraftwerke Energiemanagement beim Haushaltskunden - Energieerzeugung - Wärme - Licht - Kühlschrank - Waschmaschine - Trockner - Windkraftanlagen Netz Solaranlagen Biogasanlagen Speicher mobil stationär Energiemanagement bei Gewerbe- und Industriekunden - Energieerzeugung - Wärme - Kälte - Licht - Maschinen - 21 Neues Energiebewusstsein beim Kunden Umdenken in der Energieversorgung beim Energieverbrauch bisher: Strom dann erzeugen, wenn er gerade gebraucht wird zukünftig: Strom dann verbrauchen, wenn er gerade günstig regenerativ erzeugt wird 11

12 Tageslastgang Haushalte (Wintertag) 23 Intelligente Stromnetze Smart Grid WIKIPEDIA Früher (Passiv) reiner Energergieverbrauch Brockhaus (Buchform) Heute (Aktiv) Energieerzeugung Energiespeicherung Wissenserzeugung Nutzer diskutieren Themen in WIKIPEDIA- Foren und erzeugen damit Wissen Wissensspeicherung Eingebrachtes Wissen wird gespeichert Energieverbrauch/-konsum = Energie dann abrufen, wenn Sie gerade produziert wird Wissenskonsum 24 12

13 Web2Energy Konsortium Strategische Beratung (D) Konsortialführer (D) Forschungsinstitut (NL) Daten- u. Kommunikationsnetz (D) Fernwirkgeräte (PL) Virtuelles Kraftwerk (D) Lehrstuhl Elektr. Netze und alternative Energiequellen (D) Zähler / Smart Meter (A) Normung / IEC Standardisierung (NL / CH) Verteilnetzbetreiber, Smart Grid Leitstelle (D) 25 Die 3 Säulen des Projektes Web2Energy Netzautomatisierung Smart Aggregation Smart Metering Spannungs- und Lastflussüberwachung Automatisierte Ortung und Behebung von Fehlern Bessere Versorgungsqualität Aggregation verteilter Erzeuger, Speicher, steuerbarer Last Bilanzoptimierung Simulation zukünftiger Marktmodelle Teilhabe der Kunden am Markt Motivation zur Energieeffizienz durch Anzeige von Verbrauch 26 13

14 Web2Energy Fernüberwachung und Steuerungstechnik in: 9 Ortsnetzstationen 21 Erzeugungsanlagen (Wind, PV, Wasser, BHKW, Biogas) 11 Speicher (Li-Ionen, Redox-Flow) 6 Neubaugebiete mit 200 Haushalten 14 europäische Partner Projektlaufzeit: 3 Jahre Jan Dez Gesamtbudget: ca. 5 Mio. davon 2,9 Mio. Förderung durch die EU 27 Web2Energy im Netz der HSE Biogas TFS Walldorf TFS Mörfelden TFS Babenhausen s s s s s s s TFS Leonardstanne TFS Ober-Roden Photovoltaik Wasserkraft TFS Weiterstadt TFS Dieburg TFS Nord cc TFS Mitte TFS Dornheimer Weg TFS Groß-Umstadt TFS Süd TFS Georgenhausen TFS Eberstadt TFS Sandbach TFS Groß Bieberau TFS Bad König BHKW TFS Auerbach TFS Bensheim TFS Reichelsheim Windkraft TFS Heppenheim TFS Erbach TFS Mörlenbach TFS Wald-Michelbach TFS Birkenau Neubaugebiete TFS Hirschhorn TFS Neckarsteinach 28 Speicher 14

15 Transformatorenstation als Pilgerstätte PV-Anlagen, Speicher und Schautafeln 29 Li-Ionen Speicher 5kW 5kWh in einer Trafostation 30 15

16 Redox Flow Batterie in Darmstadt 31 Das virtuelle Kraftwerk 32 16

17 Einbindung der Kunden Präsenz in den Medien TV-und Radiointerviews Berichterstattung in der lokalen Presse Präsenz am Baugebiet Infotafeln zu Web2Energy Symbolische Übergabe des Smart Meters in den Baugebieten Informationen Internetportal, SMS, Online-Visualisierung des Verbrauchsverhaltens 33 Web2Energy: Bonussystem Einflussfaktoren der Ampelphasen Einspeisung Erneuerbare Energien: 50% Netzlast: 25% Strombörsenpreise: 25% Uhrzeit 34 17

18 Web2Energy: Bonussystem Blau: Orange: Referenzkurve (durchschnittliche Nachfrage) Beispielhafte Verbrauchskurve eines Kunden Energieverbrauch Uhrzeit 35 Web2Energy: Bonussystem 1 2 Grüne Phase: Rote Phase: Punkte für Verbrauch > Referenzkurve Punkte für Verbrauch < Referenzkurve 1 2 Energieverbrauch Uhrzeit 36 18

19 Web2Energy: Bonussystem 37 Zukunftssichere Netze smarte Lösungen wo nötig aber mit Augenmaß Ampelkreuzung Kreisel 38 19

20 Energieversorgung 1.0 Energieversorgung Energieversorgung 1.0 Energieversorgung

21 Neue Rolle des Energieversorgers Verbraucher Last von Einzelhaushalten und ganzen Neubau- Gebieten wird aggregiert und kontrolliert. Kunden Gesamtverbrauch Last Speicher Speicher Als mobile und stationäre Systeme anwendbar. Intelligente Kundengeräte Verteilnetz Verbrauchergeräte Geräte erhalten Preissignale um intelligente Entscheidungen zu treffen. Entscheidungen werden zurück gemeldet. Energielieferanten Übertragungsnetz Verteilung Verteilnetz modelliert ständig die Systemnutzung => Zuverlässige Dienstleistung Energielieferanten Einspeisedaten von Kraftwerken, Dezentralen Energieeinspeisern und Stromspeichern für die ökonomischste Stromerzeugung. Übertragung Überwacht und passt die Ressourcen an (Engpassmanagement)