Managements mit Haushaltsgeräten Zusammenfassung und Fazit

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1 Demand Side Management in Haushalten Analyse des praktischen Potenzials zur Bereitstellung t von Reserveleistung bis 2020 Serafin von Roon, Thomas Gobmaier, Malte Huck 11. Symposium Energieinnovation Graz, 11. Februar

2 Agenda Demand Side Management Reserveleistung Ermittlung des praktischen Potenzials Ergebnisse Weitere Aspekte des Demand Side Managements mit Haushaltsgeräten Zusammenfassung und Fazit 2

3 Demand Side Management Leis stung P E E E E 3 Definition Demand Side Management: Maßnahmen von Energieversorgungsu unternehmen, die den elektrischen Verbraucherlastgang beeinflussen. 1) Zeit t DSM in Haushalten: Positive Reserve durch Ausschalten von laufenden Geräten oder Verzögerung des Starts. t Negative Reserve durch Einschalten nicht laufender Geräte. Aktueller Stand: In Haushalten lediglich Pilot- und Demonstrationsprojekte, bisher keine großflächigen DSM-Maßnahmen. Motivation für die vorliegende Untersuchung: In der Literatur wird teilweise ein erhebliches Potenzial ausgewiesen, z. B. 7GW. 2) 1) EIA: Glossary Demand-side management. Washington, ) Bewertung der Optimierungspotenziale zur Integration der Stromerzeugung aus Windenergie in das Übertragungsnetz. Aachen: FGE, 2007 FfE _486

4 Reserveleistung Am Vortag werden auf Basis von Prognosen n und Planungen die Fahrpläne gemeldet. In jeder Viertelstunde muss die Erzeugung mit dem Verbrauch übereinstimmen. Wird untertägig auf Basis einer aktualisierten Prognose ein Abweichung zur Vortages- prognose festgestellt, wird Reserveleistung aktiviert um Erzeugung und Verbrauch wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Wird ein Fehler nicht rechtzeitig erkannt, wirkt sich dieser auf das Regelzonensaldo aus und es wird Regelleistung für den Ausgleich ein ngesetzt. 4

5 Ermittlung des praktischen Pot tenzials Sämtliche Geräte in Deutschen Haushalten Sämtliche verkauften Geräte ab Y Start,DSM mit DSM-Anschluss Nur eine gewisse Quote q Res nimmt am Reservemarkt teil Theoretisches Potenzial n Geräte mit DSM-Anschluss n DSM,2020 Geräte, die am Reservemarkt teilnehmen n DSM,Res Tatsächlich verfügbare Geräte n DSM,Res,tech Momentan technisch verfügbare Geräte FfE _468 P Re s = [ ( YSzen YDSM ) nhh qhh qds l D SM qre s qaus / an q pot ] Pn n n DSM,2020 n DSM,Res 5 n DSM,Res,tech

6 DSM Spülmaschinen Annah men für die Berechnungen Drückt der Verbraucher den 6 h-knopf um 8:00 Uhr, so sind 5 verschiedene Fälle möglich, abhängig vom Spülbeginn der Mas schine. Durchschnittliche Verfügbarkeitszeit: (0 h+1h + 2h + 3h + 4h) / 5 = 10h / 5 = 2h Durchschnittliche Spülzeit: (1h + 1h + 1h + 1h + 1h) / 5 = 5h / 5 = 1h Verfügbarkeitsquote für pos. Reserve: q Last = 1h / 24h = 1/24 Verfügbarkeitsquote für neg. Reserve: q Ber = 2h / 24h = 1/12 t ges = 24 h Reserveberechnung Fall 1 Fall 2 Fall 3 t Last =1 h 1 h 1 h P n 2 h t Tol = 6 h 1 h Last ist zuschaltbereit Last ist abschaltbereit Spülbeginn q = Last q = Ber t t Last ges ( t t t Tol Last t ges Puf ) / 2. Fall 4 Fall 5 3h 4 h 1h 1 h t Puf = 1 h FfE _483 P P pos neg = q Last n T N P n = q Ber n T N P n 0: :00-2 7:00-1 8:00 0 9: : : : : : : : :00 9 6

7 Ermittlung des praktischen Pot tenzials bei Spülmaschinen 21 Mio. 2,3 Mio. 1,1 Mio. Sämtliche Geräte in Deutschen Haushalten Sämtliche verkauften Geräte ab Y Start,DSM mit DSM-Anschluss Nur eine gewisse Quote q Res nimmt am Reservemarkt teil Momentan technisch verfügbare Geräte Theoretisches Potenzial n Geräte mit DSM-Anschlusss n DSM,2020 Geräte, die am Reservemarkt teilnehmen n DSM,Res Tatsächlich verfügbare Geräte n DSM,Res,tech Tagsüber zuschaltbereit (negative Reserve) 41 Mio. 50,2 % FfE _468 1/ /3 1/2 7,3 % 974 W P Re s = [ ( YSzen YDSM ) nhh qhh qds l D SM qre s qaus / an q pot ] Pn = 81 MW n n DSM,2020 n DSM,Res 7 n DSM,Res,tech

8 DSM Zusammenfassung Komforteinbußen des Kunden Geschirrspül- Waschmaschinen & Kühl- & maschin nen Trockner Gefriergeräte geringg mittel keine Notwendigkeit eines nach-/vorgelagerten g Leistungsausgleichs ja ja ja Technisches Potenzial (MW) positiv negativ größeres Potenzial größeres Potenzial Tageszeitliche Abhängigkeit gering tagsübe Potenzial er Weiße tagsüber Ware etwas geringere Nutzung etwas längere Saisonale Abhängigkeit gg nein Grenzkosten ( /MWh el positiv: der Trockener 200 MW im Sommer Laufzeiten im Sommer ) Waschmaschine 0 1) / 110 2) positiv 0 1) 2) / 61 negativ: Trockner ) MW / 10 2) ) negativ 0 0 Szenario Praktisches Potenzial (MW) positiv negativ Erhöhung des Leistungsbedarfs durch 11 Steuerelektronik (MW) 3) 1,1 1) lediglich verzögerter Start 2) Unterbrechung vom laufenden Prozess 3) spezifischer sc e Verbrauch ebauc = 1 W pogeät,beüc pro Gerät, berücksichtigt sc tgtw ude urden nur dea die am Reservema e rkt tteilnehmenden e e Geäte Geräte 4) für zw ei Stunden: 1. Stunde negative; 2. Stunde positive 16 1,6 5,1 FfE _467 8

9 Weitere Gerätearten Heizungsumwälzpumpen: 17MW Potenzial für positive Reserveleistung, aber der zusätzliche Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten sind deutlich zu hoch. Vernachlässigung dieser Geräte klasse Wärmepumpen: stellen eine sehr gute aber Jahreszeit-abhängige Möglichkeit für DSM dar. Das Poten nzial beträgt über 1GW bis bs Einige Gerätearten wurden nicht berücksichtigt, da keine nennenswerte Verbreitung im Jahr 2020 zu erwarten ist (elektrische Speicherheizungen, Boiler, Klimaanlagen) oder große Komforteinbußen zu erwarten wären (Herd, Kochplatten) 9

10 Weitere Aspekte des DSM mit Haushaltsgeräten DSM kann als Stromspeicher betrachtet werden, welcher zeitnah befüllt und entleert werden muss. Die Energie wird hierbei in Form von Nutzerverhalten gespeichert. Rechtliche h und organisatorische i Umsetzung muss geregelt werden (getrennte Erfassung der Strommengen; Versicherungsschutz). Erhöhter Energieverbrauch durch Steuerungselektronik (ca. 1W pro Gerät ergibt Mehrkosten von ca. 2 pro Jahr) Tageszeitliches Profil wurde nur in einfacher Näherung berücksichtigt. Systemkosten (Kosten der zusätzlich nötigen Schaltelektronik): Mindestens 26 /MW (bei Geräten mit 1 kw Verbrauch) Schaltbare Leistung Anzahl benötigter Stromkosten pro Investitionskosten pro Gesamtkosten pro pro Gerät in W Geräte für 1 MW Schaltvorgang von 1 MW Schaltvorgang von 1 MW Schaltvorgang von 1 MW EUR/MW EUR/MW EUR/MW EUR/MW 192 EUR/MW 266 EUR/MW EUR/MW 19 EUR/MW 26 EUR/MW 10

11 Zusammenfassung und Fazit Potenzial der Weißen Ware erscheint geringer als erwartet. (Größenordnung <1 GW anstatt der anfangs erwähnten 7 GW) Diese Reserveleistung kann nur dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn zeitnah zunächst Bedarf an negativer und dann an positiver Reserveleistung besteht (oder vice versa). Wärmepumpen könnten kurzfristig ohne erhebliche Zusatzkosten Leistungen von über 1 GW bereitstellen. Die Systemkosten sind erheblich und betragen mindestens 26 /MW. Erhöhte Flexibilität wird i.d.r. durch einen erhöhten Energieverbrauch erkauft. 11

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. von Roon Dipl.-Ing. Th. Gobmaier 12 Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München