Steuerungskonzepte und Beispiele für Speicher in Smart Grids

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1 teuerungskonzepte und Beispiele für peicher in mart Grids Dr. Torsten Hammerschmidt Projektleiter mart Country Netzstrategie, RWE Deutschland RWE Deutschland EITE 1

2 Ausbauszenarien regenerativer Erzeugung am Beispiel eines Einfamilienhauses mit 4-Personen herkömmliche Lösung zu 90 % energieautark zu 100 % energieautark 4,5 kw p 33 kw p 58 kw p Dezentrale peicherkapazität 8,0 kwh 25 kwh 29 kwh aus dem Netz bezogene Energie kwh 374 kwh 0 kwh in das Netz eingespeiste Energie kwh kwh * kwh Kosten je verbrauchter kwh 50 ct/kwh 82 ct/kwh 299 ct/kwh * ungenutzte regenerativ erzeugte Energie bei Verzicht auf einen Netzanschluss > Der PV-Anlagenbetreiber möchte gerne selbst nicht verbrauchbaren trom in ein tromnetz einspeisen und so an seine Nachbarn verkaufen. RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 2

3 Regionaler Energieaustausch zwischen Land und tadt ist für eine deutschlandweite Energiewende notwendig Je größer die Gemeinde desto mehr überwiegt der Verbrauch Das Potential für autarke tädte ist gering Verbrauch minus Erzeugung Last größer Erzeugung Last kleiner Erzeugung [Quelle: Prognose der Versorgungsaufgabe, tudie der FfE im Auftrag der RWE Deutschland AG] > In 2030 werden 88 % der Deutschen in einer tadt/gemeinde leben, die auf tromzukauf angewiesen ist > Nur Gemeinden mit weniger als Einwohnern (ca. 50 % der Gemeinden) haben das Potenzial, sich bilanziell selbst zu versorgen > Leistungsbereitstellung, Netzstabilität und ystemdienstleistungen sind in dieser Betrachtung nicht berücksichtigt RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 3

4 Energiespeicher notwendig für höheren Ökostromanteil Vergangenheit Gegenwart Zukunft > 23 % regenerative tromerzeugung (kwh): in 2013 Ziel: % bis 2025 und % bis 2035* > 40 % regenerative tromerzeugung: installierte Erzeugungsleistung (Wind + PV) liegt mit 98 GW** bereits oberhalb der Jahreshöchstlast von rd. 80 GW > 80 % regenerative tromerzeugung (Ziel 2050): und einer vorausgesetzten Kappung regenerativer pitzenerzeugung von < 1 % (400 GWh/a) sind folgende peicher für regenerativen trom notwendig*: 14 GW für 5 tunden (70 GWh) und 18 GW für 17 Tage (7.000 GWh) > ca. 7 GW mit 40 GWh an Pumpspeicherkraftwerken sind derzeit installiert *) EEG 2014; **) VDE-tudie: Energiespeicher für die Energiewende, 11. Juni 2012 und BDEW RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 4

5 Energie: relevant für Ökostromanteil Leistung: Herausforderung bei der Netzintegration > Energieeinspeisung: 2,0 Mio. kwh in einem Monat > Leistungsanforderung: 11,43 MW maximal im Zeitraum > Übertragungskapazität: ± 8,6 Mio. kwh im Monat Welche Flexibilitäten werden zukünftig wirtschaftlich sein? > peicher > pitzenkappung > Demand ide Management > pannungsregelung > Blindleistungseinspeisung > Netzumschaltung > IKT > Netzausbau RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 5

6 Energie: relevant für Ökostromanteil Leistung: Herausforderung bei der Netzintegration > Energieeinspeisung: 2,0 Mio. kwh in einem Monat > Leistungsanforderung: 11,43 MW maximal im Zeitraum > Übertragungskapazität: ± 8,6 Mio. kwh im Monat Welche Flexibilitäten werden zukünftig wirtschaftlich sein? > peicher > pitzenkappung > Demand ide Management > pannungsregelung > Blindleistungseinspeisung > Netzumschaltung > IKT > Netzausbau RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 6

7 In einzelnen Ampelphasen gelten unterschiedliche Rahmenbedingungen für das Marktgeschehen > Flexibilitäten (z. B. peicher oder Demand ide Management) werden nach geltenden Rahmenbedingungen von Marktteilnehmern und Netzbetreibern genutzt Ampelkonzept Netzbetreiber informiert über die vom ystemzustand abh. Ampelphase Gefahr droht Netzbetreiber interagieren mit Marktteilnehmern freier Markt RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 7

8 tromspeicherung zwei mögliche Einsatzgebiete GLOBAL Energiegleichgewicht LOKAL pannungshaltung + 10 % pannung dezentrale Erzeugung - 10 % Last Entfernung zum Kunden > Einspeisung = Ausspeisung > Analogie zum Zu- und Abfluss > in jeder ekunde gleich groß (Frequenzstabilität) > Netze sind für die Versorgung von Lasten dimensioniert > Analogie zum Druckabfall entlang einer Leitung bzw. Druckerhöhung bei Einspeisung am Leitungsende > ± 10 % sind einzuhalten RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 8

9 Ausgewählte Pilotprojekte der RWE Deutschland: Neuartige Verteilnetzlösungen im Praxistest 1 Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) 2 Einsatz von peichern Biogasspeicher zur peicherung von regenerativem Wind- und Fotovoltaikstrom Power to Heat als steuerbarer Verbrauch mart Operator zur teuerung von peichern im Haushalt 3 Unkonventionelle pannungsregelung 4 Neue Netzstrukturen im Verteilnetz (Overlaynetze, upraleitung, ) RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 9

10 peicherung von regenerativem trom mit Hilfe von Biogas Mittelspannung Luft Wetterschutzmembrane gespeichertes Biogas ( m³) bewegliche Membrane Kissengas M Rührwerk 3 3 AC DC ubstrat (flüssig) Gurtsystem Heizung Biogas peicher PV Fermenter RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 10

11 Biogasspeicherung in Abhängigkeit der PV-Einspeisung BHKW-Leistung PV-Leistung Biogasspeicher 3,2 MWh el Leistung BHKW [kw] PV-Einspeisung [%] BioHKW: 220 kw (Ausspeichereinheit) :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 0 RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 11

12 Geringe Datenbandbreite zur chwarmsteuerung von Energiespeichern ausreichend peicher leeren peicher füllen Verschiebepotenzial des mart County Biogasspeichers RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 12

13 Biogasspeicherung in Abhängigkeit der PV-Einspeisung > Je 1% PV-Leistung wird die Biogaseinspeisung um 1,5% zurückgeregelt > Die Regelung regelt zunächst ein BHKW herunter. > Bei 60 % wird das erste BHKW ausgeschaltet. > Die Regelung regelt dann das nächste BHKW herunter. RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 13

14 Power to Heat: teuerung von peicherheizungen in Abhängigkeit des regenerativen tromangebotes 1 MW virtueller peicher realisiert Essen - toppenberg RWE-Projekt Windheizung > 50 Pilotanlagen Fußbodenspeicherheizung > 6 EFH > 22 DHH > 22 MFH Nachrüstbar bei vielen Heizungen > Pufferspeicher jeder Art geeignet > Heizstab kostengünstig nachrüstbar > hoher Wirkungsgrad > Alternative zu anderen peichern für erneuerbaren Überschussstrom Meckenheim > 30 Pilotanlagen 28 peicheröfen 2 Blockspeicher > Überwiegend MFH RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 14

15 Der mart Operator regelt selbständig das lokale Niederspannungsnetz und steuert Lasten und peicher mart Operator in der Ortsnetzstation ohne teuerung mit teuerung Home Energy Controller (HEC) Netzspeicher Ladesäule Intelligenter Zähler Niederspannungs -schalter Regelbarer ON- Transformator HE 3 x 10 kwh 2 x 30 kwh 2 x 150 kwh RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 15

16 tatistik der Netzbelastung: Windkraft- und PV-Einspeisung ergänzen sich Jahresdauerlinien Tagesprofil der PV-Einspeisung Jahresprofil der Wind-Einspeisung [h] RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 16

17 Redispatch durch einspeise- und lastnahe peicher führt zu einer optimalen Netzauslastung Einspeisegeprägtes Gebiet Lastgeprägtes Gebiet 110 kv 110 kv 20 kv Energiefluss in Zeiten vorhandener Netzkapazität 20 kv Legende: ammelschiene Leitung Ortsnetzstation Einspeisung peicher Lastfluss RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 17

18 Redispatch durch einspeise- und lastnahe peicher führt zu einer optimalen Netzauslastung Einspeisegeprägtes Gebiet Lastgeprägtes Gebiet mit peicher 110 kv 110 kv ohne peicher Energiefluss 20 kv abhängig von der Last 20 kv Wasserverband Eifel-Rur - Oleftalsperre Legende: ammelschiene Leitung Ortsnetzstation Einspeisung peicher Lastfluss Duravit AG RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 18

19 Redispatch durch einspeise- und lastnahe peicher führt zu einer optimalen Netzauslastung Einspeisegeprägtes Gebiet Lastgeprägtes Gebiet mit peicher 110 kv 110 kv ohne mit peicher Energiefluss in Zeiten 20 kv vorhandener Netzkapazität 20 kv Wasserverband Eifel-Rur - Oleftalsperre Legende: ammelschiene Leitung Ortsnetzstation Einspeisung peicher Lastfluss Duravit AG RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 19

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Windkraft Fotovoltaik Biogasfermenter Biogasspeicher und viele Grüße aus mart Country RWE Deutschland, DG-V, Dr. Hammerschmidt EITE 20