LEW als Innovationstreiber in der Region - Praxisbeispiele

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1 LEW als Innovationstreiber in der Region - Praxisbeispiele Rainer Wirkner Lechwerke AG Seite 1

2 Die Energiewende und das intelligente Stromnetz Lechwerke AG Seite 2

3 Die Energiewende ist neben der europäischen Finanzkrise das bestimmende Thema in den Medien Lechwerke AG Seite 3

4 Die Politik setzt ehrgeizige Ziele für die Energiewende 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 30% 50% Bayerisches Energiekonzept 2022: Abschalten der letzten Kernkraftwerke Anteil an erneuerbaren Primärenergieverbrauch (100% = 2008) Energien im Stromnetz Treibhausgasemissionen (100% = 1990) 80% Energiekonzept Bundesregierung Lechwerke AG Seite 4

5 Ausbau der regenerativen Erzeugung im LEW- Netzgebiet auf Basis des Konzepts Energie innovativ > Verdreifachung der Windkraftanlagen: Die Anzahl der Anlagen wird sich von heute 50 bis 2021 auf 150 Anlagen erhöhen. > Verdoppelung der Fotovoltaikanlagen: Die Anzahl der Anlagen wird sich von heute bis 2021 auf Anlagen erhöhen. Lechwerke AG Seite 5

6 Das Bayerische Energiekonzept Energie innovativ formuliert ambitionierte Ziele > Verdoppelung der Erzeugung aus Erneuerbaren Energien (von ca. 23% im Jahr 2009 auf 50% im Jahr 2021) > Investitionen in Transport- und Verteilnetze zur Verbesserung des Stromtransports und der Integration von Erneuerbaren Energien > Investitionen in Energieforschung und -entwicklung sowie Speicher > Verstärkte Anstrengungen bei Wärme, Energieeinsparung und -effizienz sowie Mobilität > Einhaltung der Ziele für die Senkung von CO 2 -Emissionen bei einem voraussichtlich gleich bleibenden Stromverbrauch Lechwerke AG Seite 6

7 Die Anzahl der Anlagen, die Erneuerbare Energien ins Netz der LEW einspeisen, steigt stark an Anzahl der EEG-Einzelanlagen am Netz der LEW Verteilnetz GmbH Anlagenanzahl Jahr Lechwerke AG Seite 7

8 Durch Umsetzung des Energiekonzepts sind deutliche Veränderungen der Lastflüsse im LEW-Netz zu erwarten Installierte dez. Einspeiseleistung 2011 Prognose Bayerisches Energiekonzept > Die Einspeiseleistungen der Erneuerbaren Energien im LEW-Netz erreichen bereits heute das Niveau der Netzhöchstlast. > Der Prognose des Bayrischen Energiekonzeptes folgend wird bis 2021 eine installierte dezentrale Einspeiseleistung von rund MW erreicht. > Die Zeiten einer Energieüberproduktion und Rückspeisung ins Stromnetz werden zunehmen. Installierte Leistung in MW aktuelle Netzhöchstlast Wasserkraft (nicht EEG) Photovolatik Wind Biogas / Deponiegas Wasser EEG KWK Lechwerke AG Seite 8

9 Herausforderungen: Netzstabilität und Netzsicherheit bei dezentralen Einspeisungen Regelung dezentraler Einspeisungen (Wind- und Sonnenenergie): > Die Auswirkungen der dezentralen Einspeisung im LEW-Netz machen sich derzeit massiv im Nieder- und Mittelspannungsnetz bemerkbar. > Betriebliche Maßnahmen sind regional voll ausgeschöpft: Optimierte Spannungsregelung und Nutzung der Netzreserven Netzbelastbarkeit: > Betriebsmittel und Leitungen kommen durch eine hohe dezentrale Einspeisung zunehmend auch an die thermischen Belastungsgrenzen (Strombelastbarkeit). Spannungshaltung (Volt): > Durch hohe Einspeisung kommt das Netz zunehmend an die Grenze des oberen Spannungsbandes und muss ausgebaut oder verstärkt werden. Lechwerke AG Seite 9

10 Perspektive: Das intelligente Stromnetz Alte Welt Neue Welt Zentrale Großkraftwerke Herkömmliche Netze Mechanische Stromzähler Dezentrale regenerative Energien Hausautomatisierung Energiespeicher Smart Meter Intelligentes Netz Fossile Treibstoffe Elektrofahrzeuge Lechwerke AG Seite 10

11 Aufbau eines intelligenten Stromnetzes Das Pilot-Projekt Smart Operator Lechwerke AG Seite 11

12 Das Ziel: Eine Intelligenz im Netz überwacht den Netzzustand und optimiert die Netznutzung > Im Zentrum des intelligenten Stromnetzes arbeitet der Smart Operator. > Er ist über Datenleitungen (Glasfasernetz) mit Stromerzeugern, Verbrauchern und Speichern im Stromnetz verbunden. > Er erfasst Einspeisungen, Aufnahmefähigkeit, Lasten und Speichermöglichkeiten im Stromnetz. > Der Smart Operator stimmt diese Faktoren aufeinander ab und bringt sie in Einklang. > So sorgt er für den Ausgleich der Netzlasten. Lechwerke AG Seite 12

13 Der Smart Operator regelt selbständig ein lokales Niederspannungsnetz und reguliert die Netzlasten Der Stromfluss im Ortsnetz Tagesverlauf ohne Smart Operator Tagesverlauf mit Smart Operator > Der Ausgleich von schwankenden Lasten und wachsenden Einspeisungen im Stromnetz durch eine intelligente Steuerung ist eines der wichtigsten Ziele des Pilotprojekts in der Wertachau. Lechwerke AG Seite 13

14 Ziele des Projekts Smart Operator > Erproben eines Niederspannungsnetzes mit intelligenten Komponenten, um die Aufnahmefähigkeit des Netzes zu erhöhen und Netzausbaumaßnahmen zu vermeiden. > Praktische Erfahrungen für den Netzbetrieb und die Netzausbauplanung mit besonderem Fokus auf Fotovoltaik-Einspeisungen. > Zuverlässiger Netzbetrieb durch intelligente Netzkomponenten zur Kompensation von schwankenden Last- und Einspeiseleistungen. > Erfahrungen mit der Kommunikationsanbindung von Haushalten über ein Glasfasernetz > Einbau und praktische Erfahrungen mit intelligenten Netzkomponenten und Geräten in den Haushalten. > Erproben von variablen Stromtarifen. Aktiver Beitrag zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende. Lechwerke AG Seite 14

15 Partner des Projekts Smart Operator > Das Pilotprojekt Smart Operator führen die Lechwerke in Kooperation mit der Stadt Schwabmünchen und der RWE Deutschland AG durch. > RWE erprobt in weiteren Regionen und Projekten so genannte intelligente Stromnetze: Rhein Hunsrück Trier Saarburg Bitburg Prüm (Smart Country) > Auch die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen ist an der Entwicklung beteiligt. > Verschiedene Hersteller von Netzkomponenten und Geräten wie Stiebel Eltron und die PSI AG wirken an dem Projekt mit. Lechwerke AG Seite 15

16 Eine ausgewählte Siedlung bietet sehr gute Voraussetzungen für das Projekt > Abgeschlossenes Siedlungsgebiet > Direkte Anbindung an das Umspannwerk Schwabmünchen (20-kV ), 2 Kompaktstationen > Ortsnetzstromkreise als Ringnetz mit geöffneten Trennstellen > 125 Hausanschlüsse 23 Fotovoltaikanlagen 10 Nachtspeicherheizungen 8 Warmwasserspeicher > Das Ortsnetz wurde im Jahr 1998 verkabelt > Leerrohre zu den Häusern für Verlegung eines Glasfasernetzes sind vorhanden Lechwerke AG Seite 16

17 Wie läuft das Projekt ab? Was geschieht in den Haushalten? Lechwerke AG Seite 17

18 Projektphase 1 Anschluss ans Glasfasernetz, Installation des intelligenten Zählers Projektphase Projektphase > Die Lechwerke brauchen einen Zugang zum Hausanschlussraum für das Herstellen der Verbindung zum Glasfaserdirektanschluss. > Im Hausanschlussraum wird kostenfrei ein Anschlusskasten für den Glasfaseranschluss eingerichtet. Er dient der Datenübertragung im intelligenten Stromnetz, dem Zugang zum Internet und dem Telefonieren. > Am vorhandenen Zählerplatz wird der intelligente Stromzähler installiert. Die Zählerwerte werden auf Basis Ihrer Einwilligung minütlich erfasst. Die Erhebung, Verarbeitung und Nutzung personenbezogener Daten (z.b. Zählerwerte und zugehörige Verbrauchsdaten) erfolgt zweckgebunden und stets für Sie transparent unter Beachtung der strengen Vorgaben des Bundesdatenschutzgesetzes. Lechwerke AG Seite 18

19 Projektphase 2 Schrittweise Erweiterung um neue Komponenten Projektphase Projektphase > Der Smart Operator und seine Steuerung werden nach einem Labortest einem Probelauf unterzogen. > Es erfolgen Auswertungen und Berechnungen für den Einbau intelligenter Komponenten, zum Beispiel zusätzliche Energiespeicher oder intelligente Haushaltsgeräte. > Die Haushalte werden auf Wunsch erweitert um neue Komponenten, zum Bespiel zusätzliche Energiespeicher oder intelligente Haushaltsgeräte. > Ein so genannter Home Energy Controller (HEC) wird mit den intelligenten Geräten eines Haushalts verbunden. Er kennt deren Anforderungen genau und kann sie nach Bedarf steuern. Lechwerke AG Seite 19

20 Diese Netzintelligenz tritt in einen intelligenten Dialog mit Energieverbrauchern, Einspeisern und Speichern Lechwerke AG Seite 20

21 Das Pilot-Projekt Betonkerntemperierung Lechwerke AG Seite 21

22 Projektbeschreibung Ist-Zustand > Gebäude ist ein Passivhaus (Bj.2007) > Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung > Wasserführender Scheitholzofen wird im Winter einmal pro Woche angeheizt > Solarthermieanlage > Betonkerntemperierung auf 26 C (manuell) > zusätzl. Speicherung der Wärme im Solarschichtspeicher (2.500 Liter) > Raumtemperatur im Winter C > Heizenergieverbrauch ca. 3 m³ Hartholz/Jahr = kwh Lechwerke AG Seite 22

23 Projektbeschreibung Soll-Zustand > Solarschichtspeicher mit elektr. Erwärmung mittels Durchlauferhitzer mit 24 kw (Fa. Stiebel Eltron) > Seperater Zähler mit Lasterfassung und Fernauslesung > Steuerung für Aufladung des Speichers (Fa. Tekmar) > Steuerung für die Betonkerntemperierung (vorhanden) > Holzscheitofen, Notheizstab und Solarthermieanlage werden für das Projekt nicht mit berücksichtigt Lechwerke AG Seite 23

24 Anforderung an Aufladung V Netzspannung Wärme-Pufferspeicher MUSS DARF T < 40 C max. 80 % KA. KEINE FREIGABE / SPERRUNG 40 DARF MUSS Lechwerke AG Seite 24

25 Lokale Regelung zur Ansteuerung des DLH (Tekmar) > Messung des Ladegrades (über Temperatur) des Pufferspeichers > Basisbetrieb (unabhängig von Ladesignalen): bei Unterschreitung eines zu definierenden Mindestladegrades (z.b. 20%, Aufladung des Pufferspeichers bis zu einem definierten Ladezustand (z.b. 40%) > Eingang eines Ladesignals 1 wenn Freigabe => definierte Ladung bis zu einem zu definierenden Ladezustand (z.b. 70%) des Pufferspeichers > Eingang eines Ladesignals 2 wenn Freigabe => definierte Ladung bis zu einem zu definierenden Ladezustand (z.b. 100%) des Pufferspeichers Da der Pufferspeicher als Schichtenspeicher ausgelegt ist, kann der Ladegrad des Speichers nur über Lage (= Höhe im Speicher) der Trennschicht heiß/kalt bestimmt werden. Es sind daher 4 Fühler vorgesehen, über die diese Lage ermittelt werden kann. Der entsprechende Ladegrad (x%) muß dabei über die Höhe des Montagepunktes der einzelnen Fühler parametriert werden. Die Fühler sind dementsprechend im Abstand (vom oberen Ende der Wassersäule im Speicher) von 20, 40, 70 und 100% der Gesamt-Wasserhöhe des Pufferspeichers zu montieren Lechwerke AG Seite 25

26 Blockschaltbild Lechwerke AG Seite 26

27 TRA-Empfänge Durch die hohe dez. Einspeisung gibt es erhebliche Probleme in der Spannungsanhebung/Spannungshaltung in den NS- und MS-Netzen. Als lokaler Trigger (am Hausanschluss) ist die Netzspannung aber nicht geeignet. Hier zeigt sich an realen Messungen, dass diese durch die dynamischen Verhältnisse in den NS-Abgängen zu volatil ist und sich daher als Trigger für eine Regelung schlecht bzw. nicht eignet. > DK 401 Tarif günstig Schaltzeiten 11:00 bis 16:00 (z.b. bei viel PV-Einspeisung) > DK 402 Tarif günstig 2 Schaltzeiten 23:00 bis 05:00 > Dk 403 Tarif ganz günstig Schaltzeiten 12:00 bis 14:00 (z.b. bei viel PV- und Windeinspeisung) Lechwerke AG Seite 27

28 Zeitschaltuhr (ab ) Tag Ausg.1/Lades.1 Ausg.2/Lades.2 Montag 11:00-12:00 Dienstag 10:00-11:00 12:30-13:00 Mittwoch Donnerstag Freitag 10:00-10:30 12:00-12:30 Samstag 10:00-12:00 13:00-15:00 Sonntag 10:00-11:00 13:00-13:30 Lechwerke AG Seite 28

29 Ergebnisse (Inbetriebnahme ) > Die Erwartungen an die Speicherkapazität konnten voll erfüllt werden. Im Zeitraum von etwas mehr als 24 h wurden 518 kwh Strom bezogen und in Wärme umgewandelt. Die durchschnittliche Abnahmeleistung lag bei 22,5 kw. Die Betonkernaktivierung erwies sich als so leistungsfähig, dass sich selbst nach 20 Stunden der Pufferspeicher nicht erwärmte, solange Wärme für die Gebäudebeheizung abgezogen wurde. > Die Lufttemperatur in den Wohnräumen stieg bis zum Freitagabend ( ) von 21 C auf ca. 24,5 C, in den Räumen mit Fliesenboden (guter Wärmedurchgang) auch auf 25 C. Hinzuweisen ist aber, dass zusätzlich zur Stromheizung von Mittwoch bis Freitag teilweise die Sonne schien. > Bis Dienstag, abends kühlten die Räume auf ca. 23 C ab, bedingt auch durch den Wärmestrom in den Keller, der sich dabei von gut 18 C auf 20 C erwärmte. Seit dieser Zeit konnte der Winterfall gut simuliert werden, weil die Außentemperatur im Durchschnitt bei nur ca. 2 C war und die Sonne nicht schien. Die Möglichkeit der Speicherung der Wärme über einen Zeitraum von einer Woche kann bereits jetzt bestätigt werden. Lechwerke AG Seite 29

30 Ansteuerung über Power Line Lechwerke AG Seite 30

31 Lechwerke AG Seite 31

32 Lechwerke AG Seite 32

33 Lastprofil elektr. Wirkleistung Lechwerke AG Seite 33

34 Das Pilot-Projekt Stromspeicherung Lechwerke AG Seite 34

35 Ein Plusenergiehaus Niedrigenergiehaus Baujahr 2011 Wärmebedarf < 50 kwh/qm+a PV-Anlage 23 kw, ca kwh/jahr Luft-Wasser-Wärmepumpe Leistung 3,5 kw elektrisch Fußbodenheizung mit einer Speicherkapazität von ca. 25 kwh Zusätzlicher Heizungspufferspeicher mit 1000l Inhalt Kapazität ca. 25 kwh Zusätzlicher Batteriespeicher mit einer Kapazität von 20,5 kwh Lechwerke AG Seite 35

36 Heizen mit Strom? Der BDEW hat 16 Heizsysteme im Neubau untersucht: Zu den besten gehört eine Kombination aus Luft-Wasser-Wärmepumpe und PV- Anlage Sehr niedrige Gesamtkosten Keine Verbrauchskosten Niedrigster Primärenergieverbrauch Niedrigste CO 2 -Emissionen Niedriger Wärmeenergieverbrauch in Verbindung mit einer optimalen dezentralen Energiegewinnung (Umwelt und PV) erspart fossile Brennstoffe Lechwerke AG Seite 36

37 Der Batteriespeicher kwh kw /kwh Basic 4,4 2, S 8,1 3, M 10, L 20, XL 20, XXL jeweils zzgl. MwSt Heizungspuffer- und Batteriespeicher optimieren die Eigennutzung des selbsterzeugten Stroms. Lechwerke AG Seite 37

38 PV-Stromerzeugung bei Schön- und Schlechtwetter Lechwerke AG Seite 38

39 Stromverbrauch für Haushalt und Elektroauto E-Mobil Lechwerke AG Seite 39

40 Der Batteriespeicher lädt tagsüber, entlastet das Netz und gibt den eigenen Strom in der Nacht wieder ab Elektroauto Lechwerke AG Seite 40

41 Der Batteriespeicher lädt tagsüber, entlastet das Netz und gibt den eigenen Strom in der Nacht wieder ab Lechwerke AG Seite 41

42 Erste Erfahrungen (für den Sommerbetrieb!!!) kwh Eigenerzeugung Wärmepumpe Haushalt Netzeinspeisung Strombezug Gesamtstromverbrauch Nutzbarer Verbrauch Speicherverluste Speicherverluste Eigenstromdeckungsgrad Einspeisegrad Mai ,38 245, ,82 407,82 358,67 49,15 13,7% 90,0% 88,1% Jun ,4 215, ,16 308,16 269,1 39,06 14,5% 89,9% 90,7% Jul ,66 232, ,45 345,45 300,29 45,16 15,0% 90,5% 89,2% Aug ,61 236, ,89 327,89 285,22 42,67 15,0% 90,2% 89,7% Summe ,05 930, , , ,28 176,04 14,5% 90,2% 89,4% Durchschnittlicher Strombezug aus dem Netz ca. 0,97 kwh je Tag für Haushalt, Warmwasser und z.t. für das Elektroauto Eigenstromdeckungsgrad 90,2% Jeder Speicher hat Verluste: 14,5% des genutzten Verbrauchs waren Verluste Nur 10,6% der Erzeugung konnten selbst genutzt werden; fast 90% wurden nach wie vor eingespeist. Dadurch finanziert sich die PV-Anlage immer noch sehr gut. Lechwerke AG Seite 42

43 Die Zählerdaten sind im Internet verfügbar: Lechwerke AG Seite 43

44 Display des Batteriespeichers: Lechwerke AG Seite 44

45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Lechwerke AG Seite 45