Intelligente Nutzung von Flexibilitäts-Potenzialen dezentraler Energieanlagen das Hybrid-Heizkraftwerk
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- Stephan Raske
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1 smartenergyautomation Intelligente Nutzung von Flexibilitäts-Potenzialen dezentraler Energieanlagen das Hybrid-Heizkraftwerk Fellbach, Dipl.-Ing. Heinz Hagenlocher Leitung Energy Automation Solutions AVAT Automation GmbH Tübingen Telefon Telefax
2 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Flexibilitätsoptionen virtuelles Kraftwerk Kombinierter Einsatz flexibler Erzeuger und Verbraucher Hybrid-HKW Erzeugungs- und Lastmanagement Technische Umsetzung und Projektbeispiel Fazit Optimierter BHKW-Einsatz Virtuelle Kraftwerke Smart Grids Erzeugungs- und Lastmanagement Demand Response Power-to-Heat Hybrid-BHKW
3 AVAT Automation GmbH, Tübingen 80 MitarbeiterInnen (davon 60 Ing.) alles rund um dezentrale Energiesysteme 2 Geschäftsbereiche EAS Energy Automation Solutions Automation und Leittechnik individuelle & nachhaltige Komplettlösungen Expertise Versorgungstechnik und Energiewirtschaft Stadtwerke, Anlagenbauer ECS Engine Control Systems BHKW-Motormanagement-Systeme technologisch führend Expertise Gasmotoren und Verbrennungsprozess Serienausrüstung Motorenhersteller
4 Unsere Kunden Stadtwerke Stadtwerke, regionale Versorger Öffentliche Auftraggeber Fernwärmegesellschaft Baden-Württemberg mbh Industrie, Anlagenbau, Systemlieferanten Gasmotoren- Hersteller
5 Energiewende aber wie? Ziel: Ausbau und Integration der Erneuerbaren Energien (EE) Zunehmend fluktuierende Einspeisung durch Wind und Sonne Stark schwankend im Tages-, Wochen- und Jahresverlauf Hohe Residuallast-Schwankungen im Netz Wind- und PV-Spitzen passen nicht zu Netzlast-Max Umbau unseres Energiesystems Flexibilitäten bei Erzeugung und Verbrauch netzdienliche, saisonale Energiespeicher Wichtig: Energie- und Kosteneffizienz
6 Flexibilität Eine wesentliche Flexibilität [ ] kann über die Kopplung von Strom- und Wärmesektor in Form von Wärmespeichern für relativ geringe Kosten erschlossen werden. Wärmespeicher ermöglichen einerseits eine stromorientierte Betriebsweise von KWK-Anlagen, flexibilisieren diese Art der Erzeugung und reduzieren damit den Anteil an Must-run-Einheiten, die im Zusammenspiel mit fluktuierenden EE-Einspeisungen zu Überschüssen und negativen Strompreisen in der Stromversorgung führen können. Andererseits können über Power-to-Heat unter Nutzung von Wärmespeichern und Wärmenetzen Schwankungen mit hohen Gradienten aus dem Stromsektor in den Wärmesektor verlagert werden. Beide Anwendungen sind kostengünstig, technisch einfach realisierbar und unterstreichen die wichtige Rolle von Wärmespeichern in der Energiewende. Quelle: Stromspeicher in der Energiewende AGORA
7 Flexibilitätsoptionen Erzeugung: hochflexible Kraftwerke, zb. KWK-Anlagen Speicher: sektoral, zb. Batt.speicher sektor-übergreifend, zb. Wärmespeicher Verbrauch: steuerbare Lasten, zb. Wärmepumpen Bündelung von Flexibilitäten = virtuelles Kraftwerk Verbund dezentraler, flexibler Anlagen (Pool) Erzeuger, Verbraucher und Speicher Sektor-übergreifend Strom, Gas, Wärme, Kälte netzdienlich, energie- und kosteneffizient Zusatzerlöse durch Vermarktungsoptionen 8 Fotos: AVAT Hagenloche
8 smartenergyvpp Virtuelles Kraftwerk Erzeugungs- und Lastmanagement smartenergy Server smartenergy Controller 9
9 Kombination der Flexibilitätsoptionen: Hybrid-BHKW Flexible Erzeuger: BHKW Flexible Lasten: Wärmepumpe und E-Heizer Sektor-Kopplung: Wärmeerzeugung mit Kombination fossiler und elektrischer Erzeuger Speicher: Wärmespeicher und Gasnetz + Erzeugungs-, Last- und Speicher-Management + Wärmelastprognose, EE-Erzeugungsprognose = optimale, netzdienliche EE-Integration = saisonale Speicherung von Überschuss-Strom durch Substitution fossiler Energieträger = > 50% weniger Primärenergie und CO 2 -Emissionen 10
10 Erzeugungs- und Lastmanagement Energie-Balance = Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch Volatile EE-Einspeisung Ausgleich durch flexible Erzeugung und flexible Last automatische Anpassung an EE-Einspeisung optimierte Betriebszeiten flexibler Aggregate
11 Optimierungsprinzip Korrelation von Windprognose und Strompreis an der Börse Windleistungs-Prognose hoch niedrige Spotmarktpreise Grafik: SüdWestStrom Windleistungs-Prognose niedrig hohe Spotmarktpreise Spotmarktpreis als Indikator für EE-Erzeugungssituation 12
12 Optimierung Intelligentes Fahrplan- u. Speichermanagement Berechnung optimaler Aggregate-Betriebszeiten abhängig von: Wetterprognose Wärmebedarfsprognose Börsenpreis-Prognose Strom (EPEX DayAhead) Börsenpreis-Prognose Gas (EPEX DayAhead) Speicherladezustand und Anlagenverfügbarkeit Wärme-Gestehungskosten (Merit Order) Intraday-Optimierung (Fahrplan-Aktualisierung) Fotos: AVAT Hagenlocher 13
13 Erzeugungs- und Lastmanagement Wärmeerzeugung mit börsenpreis-geführtem Hybrid BHKW Strom- Grenzpreis Börsen- Preis Grafik: Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Strom-Börsenpreis hoch Stromerzeugung (BHKW) Strom-Börsenpreise niedrig Stromverbrauch (Wärmepumpe) Foto: AVAT Hagenlocher
14 Hybrid-BHKW Gasnetz Strommangel im Netz ( dunkle Flaute ) Wärmespeicher 100 BHKW erzeugt 50 Strom und Wärme Erdgas wird aus dem BHKW BHKW Gasnetz entnommen Wärmespeicher entkoppelt Wärme-Erzeugung 40 und -Verbrauch Stromnetz Wärmeabnehmer Grafik: AVAT 15
15 Hybrid-BHKW Gasnetz Stromüberschuss im Netz (Wind +PV) Wärmespeicher 100 Wärmepumpe verbraucht Strom und erzeugt Wärme Wärmepumpe Erdgas wird eingespart und im Gasnetz Umwelt- Wärme zwischengespeichert Wärmespeicher 40 entkoppelt Wärme-Erzeugung und -Verbrauch Stromnetz Wärmeabnehmer Grafik: AVAT 16
16 Hybrid-BHKW Gasnetz Nutzung EE-Überschuss-Strom Wärmespeicher 100 Primärenergie-Einsparung durch Substitution fossil 50 erzeugter Wärme BHKW Ausgleich saisonaler Wärmepumpe BHKW Schwankungen von EE- Erzeugung bzw. Wärmebedarf Umwelt- Wärme durch Nutzung der Speicherkapazität des Gasnetzes als virtuellen Stromspeicher virtueller Stromspeicher 40 flexibel, hocheffizient, netzdienlich, bewährte Technik Stromnetz Wärmeabnehmer Grafik: AVAT 17
17 Hybrid-BHKW Hybride Wärme- Erzeugung im Vergleich zur konventionellen Wärmerzeugung mit Gaskessel Primär- energie- Einsparung Markteffekt durch Börsenpreis- Differenz Konvent. Wärme-Erzeugung im Vergleich zu Hybrid-BHKW / virtueller Stromspeicher Grafik: AVAT Hagenlocher
18 Hybrid-BHKW Virtueller saisonaler Stromspeicher Polizei-Hochschule Biberach Hybride Wärmeerzeugung durch flexibel steuerbare Kombination von fossilen und elektrischen Wärmeerzeugern EE-Überschuss-Strom substituiert Erdgas 2 BHKW je 405 kw el /680kW th 1 Elektro-Durchlauferhitzer 405 kw 1 Wärmepumpe 80 kw el / 350 kw th 1 Solarabsorber 400 m² 1 Spitzenlast-/Backup-Gaskessel 1.75 MW Hochtemperatur-Speicher 200 m 3 Niedertemperatur-Speicher 500 m 3 (frühere Heizöltanks) 19 Fotos: AVAT Hagenlocher
19 v.l.n.r.: Dr. Weng (SüdWestStrom, Moser v. Filseck (Stv.Polizeipräsident), Frey (V&B BW), Dr. Schmid (Minister für Wirtschaft und Finanzen BW), Lindenthal (Ltd. Baudirektor V&B BW) 20 smartenergyautomation Virtueller Stromspeicher Polizei-Hochschule Biberach - Einweihung am Foto: AVAT Hagenlocher
20 Solar-Absorber 400 m² NT-Speicher 500 m 3 Fotos: AVAT Hagenlocher HT-Speicher 2 x 100 m 3 Hybrid-Heizkraftwerk: Wärmepumpe + 2 BHKW-Aggregate Folie 21
21 22 BHKW-Aggregat 405 kw el /680kW th
22 Gaskessel 1750 kw Wärmepumpe 80 kw el / 350 kw th Elektr. Durchlauferhitzer 405 kw 23 Fotos: AVAT Hagenlocher
23 Fazit Energiewende erfordert sektorübergreifende Konzepte für Erzeugung, Speicherung und Verbrauch Kraft-Wärme-Kopplung ist die Schlüsseltechnologie für EE- Integration und somit für ein nachhaltiges Energiesystem Virtuelle Kraftwerke sind dabei wichtige Bausteine Energiebalance durch intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement energie- und kosteneffizient Hybrid-BHKW saisonale Speicherung von EE-Überschuss- Strom, gleichzeitig Einsparung Primärenergie und CO 2 Die Aggregate sind bewährt, preiswert, verfügbar und nutzen vorhandene Infrastrukturen Der regulatorische Rahmen behindert noch den Ausbau! vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! heinz.hagenlocher@avat.de
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