Energiewende und Netzintegration. Energiewende Handlungsfelder der HanseWerk Stromnetze in Schleswig-Holstein Power to Gas in Hamburg

Transkript

1 Energiewende und Netzintegration Energiewende Handlungsfelder der HanseWerk Stromnetze in Schleswig-Holstein Power to Gas in Hamburg Thomas Brauer Innovationsmanagement, HanseWerk AG Innung SHK, den 29. Januar 2014

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 7

8 Kritik und Lob für radikalen Strategieschwenk bei E.ON - HanseWerk als Vorreiter und Partner der Energiewende 8

9 HanseWerk Energielösungen für den Norden Wandel vom klassischen Versorger zu einem regional verwurzelten Anbieter von Energielösungen und Mitgestalter der Energiewende Hanse Partnerschaft auf Augenhöhe mit den Menschen im Norden Werk technische Kompetenz, Erfahrung und Zukunftsorientierung HanseWerk-Gruppe bietet seinen Partnern moderne Energielösungen mit den Schwerpunkten auf: Netzbetrieb dezentraler Energieerzeugung energiewirtschaftlichen Dienstleistungen 9

10 Energiewende Was war die Idee? Energieversorgung soll wettbewerblicher = wahlfreier = billiger klimaverträglicher Versorgungssicherheit unabhängiger von externen Ressourcen kernenergiefrei Wirtschaftlichkeit/ Bezahlbarkeit Klimafreundlichkeit demokratischer werden und dennoch sicher bleiben!

11 Anteil des Stroms aus regenerativen Energiequellen* IST Ziele aus dem Energiekonzept der Bundesregierung 2010 Ausbaukorridor gemäß Koalitionsvertrag 2013 Quelle: BDEW, Stand 02/2014 * bezogen auf den Brutto-Inlandsstromverbrauch Deutschlands ** vorläufiger Wert

12 Brutto-Stromerzeugung 2013 in Deutschland: 634 Mrd. kwh* 12 Quellen: BDEW, AG Energiebilanzen Stand: 02/2014 * vorläufig

13 Stunden im Jahr [Ta] Jahresvollastbenutzungsstunden in Deutschland Kernenergie Braunkohle Biomasse Steinkohle Lauf- und Speicherwasser Erdgas Mineralöl Wind Pumpspeicherwasser Photovoltaik Quelle: BDEW und Statistisches Bundesamt, 2010

14 Gesamtbelastung der Strompreise in Mrd. (ohne Mwst.*) * Mehrwertsteuerbelastung 2013 rd. 7,5 Mrd. Euro ** teilweise vorläufig oder Schätzung *** bis 2009 Mehrkosten gegenüber Börsenpreis; ab 2010 Anwendung AusglMech; 2013/14 gemäß EEG-Umlagenprognose **** 2013/14: 14 Schätzung ***** 2013/14: gemäß AK Steuerschätzung des BMF, Mai 2013 Quelle: BDEW, Stand: 10/2013

15 Quelle: World Energy Council 2014

16 CO 2 -Entwicklung: Seit 2010 Anstieg CO 2 -Ausstoß bei der Stromerzeugung in Deutschland * 2012** Quelle: Umweltbundesamt; Angaben in Mio. t * Vorläufige Angaben ** Erste Schätzungen

17 Energiewende Wie ist der Stand? Energieversorgung soll wettbewerblicher = wahlfreier = billiger Eine Zwischenbilanz Steigende Stromkosten klimaverträglicher Steigender CO 2 -Ausstoss unabhängiger von externen Ressourcen kernenergiefrei 700 km Netzausbau in SH >1000 km in Deutschland Bis 2022 realisiert 17 demokratischer Stromerzeuger in SH werden und dennoch sicher bleiben!

18 Relative Häufigkeit Herausforderungen von Erzeugungsanlagen (Bsp.: WEA) Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten keine Einspeiseleistung vorhanden Abschaltung bei zu hohen Windgeschwindigkeiten Bei den häufigsten Windgeschwindigkeiten nur etwa 1/4 der maximalen Leistung verfügbar Verteilung der Windgeschwindigkeit 16,00% 14,00% 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% 4,00% 2,00% 0,00% ,00% Windklasse [m/s] E58 E66 E70N E70S Rayleigh Weibull Anlage mit einer Leistung von 2,3 MW Max. Erzeugung pro Jahr: 20,15 Mio. kwh Reale Erzeugung pro Jahr: 6,11 Mio. kwh mindestens 4-facher Überbau notwendig Verbrauch je Haushalt: ~2.500 kwh Potentielle Versorgung für: Haush. Aber

19 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Leistung in MW A n t e i l W i n d % Herausforderungen von Erzeugungsanlagen (Bsp.: WEA) Stark schwankendes Leistungsangebot Eingespeiste Leistung passt sich nicht dem Bedarf an Es ist lediglich eine Leistungsreduktion möglich Leistung ist kaum prognostizierbar Windprognose Bei Berechnung über Arbeit (kwh) wird der zeitliche Verlauf (Lastprofil) nicht berücksichtigt Uhrzeit Wind Ist Bsp.: Von der gesamten Windleistung in Deutschland (~ MW sind am windschwächsten Tag des Jahres noch 20 MW am Netz (entspricht 0,08%)

20 Wirkleistung und Frequenzhaltung Wirkleistung wird in den Erzeugungsanlagen über die Generatorwelle in das elektrische System eingespeist, über das Netz zum Verbraucher transportiert und dort als Kraft, Wärme oder Licht genutzt. Das zulässige Frequenzband liegt bei 50 Hz +/- 0,2 Hz Auf einen Auto-Motor übertragen bedeutet dies z.b. eine Drehzahl von /- 12 U/min bei allen Belastungszuständen Im europäischen Verbundbetrieb sind ca MW erforderlich, um Ungleichgewichte in diesem Rahmen auszugleichen

21 Blindleistung und Spannungshaltung φ Wirkleistung P Kondensatore n Spulen Blindleistung Q -Q +Q Blindleistung beschreibt die Energie zur Aufrechterhaltung den notwendigen elektrischen und magnetischen Felder zum Betrieb des elektrischen Systems. Blindleistung wird durch die Synchrongeneratoren in Erzeugungsanlagen oder durch im Netz verteilte Spulen oder Kondensatoren bereitgestellt. Ziel: Blindleistungsbereitstellung und bedarf im Gleichgewicht => Zuviel/zu wenig Blindleistung erhöht/verringert die Spannung => Ungleichgewicht durch plötzliche Schwankungen (Wetter, Netzstörungen )

22 Gefahren für den Netzbetrieb Erneuerbare müssen sich an Systemdienstleistungen beteiligen Bei Fehlern am Netz verbleiben und das Netz stützen Im Verbundnetz stehen nur MW Regelleistung zur Verfügung um Schwankungen auszugleichen. Im gezeigten Szenario trennen sich binnen Sekunden MW vom Netz. Die installierte Leistung liegt 2012 deutlich höher als Bei hohem Windaufkommen könnte ein entsprechender Fehler nicht mehr ausgeglichen werden Ähnliche Probleme gibt es mit Photovoltaikanlagen, die sich bisher bei 50,2 Hz vom Netz trennen. (Installierte Leistung von mehr als MW). Diesen Sommer gab es zwischenzeitlich 50,18Hz.

23 Innovative Energielösungen für den Norden 23 Folienmaster - Innovationsthemen HAW, ENTWURF

24 Werkzeugkasten intelligenter Netze Einspeisemanagement Trafomonitoring Kabelmonitoring Freileitungsmonitoring Blindleistungssteuerung Regelbarer Ortsnetztrafo Smart Meter 24

25 Power to Gas Projekt WindGas Reitbrook Thomas Brauer Projektleiter Innovationsmanagement E.ON Hanse AG

26

27 Die Energiewende in Deutschland und Hamburg Energiekonzept der Bundesregierung: Hamburg: 27

28 Die schwankende Verfügbarkeit von Wind & PV erfordert einen Umbau der Stromlandschaft oder die Lösung des Speicherproblems für Strom Problem-/Lösungsbeschreibung Installierte ( ) und verfügbare Leistung der Erneuerbaren (Wind & PV) Netzausbau Loadmanagement 4 3 Verteilungsfunktion der Erzeugungsleistung 2 5 Netzkapazität Absatzkurve Rechteck = Jahresarbeit Konventionelle Erzeugung wird immer unwirtschaftlicher, ist aber nicht verzichtbar. Möglichkeiten des Loadmanagement sind ausgeschöpft. Die Übertragungskapazität reicht nicht mehr, kann aber auch nicht schnell genug ausgebaut werden. Überproduktion: EE-Anlagen müssen abgeschaltet und die nicht genutzte Leistung muss entschädigt werden. Energiespeicherung: Die schiefe Verteilungsfunktion der Verfügbarkeit von Wind & PV wird geglättet. Es erfolgt eine zeitliche Verschiebung in Schwachlastphasen. Verfügbarkeit in Stunden pro Jahr 8760

29 Erdgas: Speicher- und Transportvolumina Hamburg km Netz, Transport von jährlich 20 TWh Energie Speichervolumen für 4 TWh (Deutschland Km) Deutschland km Netz, Transport von jährlich 1000 TWh Energie Großspeicher: 220 TWh Erdgas mit hoher Energiedichte vgl. Pumpspeicherkraftwerke heute: 0,04 TWh/Zyklus

30 WindGas Hamburg Eckdaten Förderprojekt des BMVDI Partner aus Forschung und Wirtschaft Leistung: 1 MW el (Stack) Wasserstoffproduktion: 265 m³/h Einspeisung in das lokale Erdgasnetz Dauer: 3,5 Jahre (11/ /2016) Volumen: 13,5 Mio. Geplante Inbetriebnahme in 2015 Ziele Entwicklung kompakter Basismodule für H 2 -Mobilität und Energiespeicherung M&R PEM-Electrolysis EMSR Power supply Visitor center Funding & Partners Feldtest und Erprobung in der E.ON Energieinfrastruktur Geschäftsmodellentwicklung

31 Beispiel: E.ON PtG-Pilotanlage "Falkenhagen", Verdichter

32 Beispiel: Elektrolysecontainer Foto & Technologie: Hydrogenics GmbH

33 Pilotanlage Falkenhagen

34 Power to Gas: Fazit Verwertung von Überschussstrom und Umwandlung in regeneratives Gas Das erneuerbare Gas kann verschiedenen Märkten zugeführt werden Rückverstromung, Wärmemärkte, Industrie Erfüllung von Netzdienstleistungen als steuerbarer Verbraucher Einbindung in Smart Grids nicht nur Strom-, sondern auch erdgasseitig Verbesserung der Ökobilanz von Erdgas, da CO 2 -freier Energieträger Volkswirtschaftlich empfehlenswerter Weg: Die vorhandene Erdgas-Infrastruktur hilft bei der möglichst hohen Ausnutzung des EE-Stroms ersetzt jedoch nicht den Stromnetzausbau.

35 Bilder Impressionen

36 Bilder Impressionen

37 Bilder Impressionen

38 WindGas Hamburg-Projekt Infopoint Mikroalgen-Forschungsprojekt Mini-BHKW Labore Technikzentrale E-Ladesäule Kleinwindanlage Haushaltsspeicher PV-Anlage

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!