Das Experiment einer autarken Energieversorgung am Beispiel der Gemeinde Wildpoldsried

Transkript

1 Das Experiment einer autarken Energieversorgung am Beispiel der Gemeinde Wildpoldsried Beitrag zu einer nachhaltigen und wirtschaftlichen Energieversorgung Instrumentation, Controls & Electrical

2 Experimente! Page 2

3 Wo? Page 3

4 Wer macht was? Page 4

5 Was hat der Verbraucher davon? Page 5

6 Wo? Page 6

7 Quelle: Abendzeitung Page 7

8 Quelle: Page Abendzeitung 8

9 Wildpoldsried Ländliche Struktur (Ortskern mit Weilern) mit abgeschlossenem Gemeindegebiet Hoher Anteil an regenerativen Energien bildet bereits 2011 ein bundesweites Szenario 2020 ab Erneuerbare Energien haben in der Bevölkerung einen hohen Stellenwert 2013 Zählpunkte: Installierte EEG Leistung: kw Verbrauchte Energie: 6,6 MWh/a Erzeugte Energie: 15,7 MWh/a Page 9 Quelle: AÜW, egrid GmbH

10 Mittelspannungsring an UW-Ursulasried und Wildpoldsried Page 10 Quelle: AÜW, egrid GmbH

11 Wer macht was? Page 11

12 Experiment 1: Gewinn maximieren! Experiment 1: Bürger von Wildpoldsried Wieviel Geld kann ich verdienen? Page 12

13 Experiment 1: Rückspeisung aus der Niederspannung Quelle: AÜW, Projekt IRENE Autarkie bedeutet Umsatzverlust im Gemeindegebiet! Page 13

14 Experiment 1: Rückspeisung aus dem Umspannwerk Ursulasried Quelle: AÜW, Projekt IRENE Autarkie bedeutet Umsatzverlust in der gesamten Mittelspannungsregion! Page 14

15 Experiment 2: Die Spannung halten! Experiment 2: AÜW, Siemens Was muss ich tun, um kosteneffizient erneuerbare ins Netz zu integrieren? Page 16

16 Integration Regenerativer Energien und Elektromobilität (IRENE) Die Herausforderung: Lastflüsse kehren sich um. Überspannungen, Asymmetrien und Belastung durch Oberschwingungen werden im Verteilnetz vermutet. Anschluss weiterer Photovoltaikanlagen ohne Netzausbau kaum möglich. Joachim Bamberger Siemens Folie 17

17 Spannung Das Überspannungsproblem Normalzustand: Verbrauch P P Erlaubtes Spannungsband Leitungslänge Spannung sinkt am Leitungsende ab Joachim Bamberger Siemens Spannungsbandverletzung in der Niederspannungsübertragung Quelle: Georg Kerber - TU München

18 Spannung Das Überspannungsproblem Einspeisung durch Photovoltaik P P Erlaubtes Spannungsband Leitungslänge Spannung steigt am Leitungsende an Joachim Bamberger Siemens Spannungsbandverletzung in der Niederspannungsübertragung Quelle: Georg Kerber - TU München

19 Lösungsansatz von IRENE Die Lösung: Installation eines Echtzeitmess- und Regelungssystems für die Koordination von - Energieerzeugung, - Lademanagement von Elektrofahrzeugen und - Verbrauchern regelbare Transformatoren für Spannungsregelung in der Niederspannung Blindleistungskompensation über Umrichter Speicherung von Solarenergie in stationären Batterien und Elektrofahrzeugen zu Spitzenlastzeiten Joachim Bamberger Siemens Folie 20

20 Lösungsansatz von IRENE Batterien zur Glättung von Lastund Erzeugungsspitzen Joachim Bamberger Folie 21 Siemens Quelle: Allgäuer Überlandwerk

21 Lösungsansatz von IRENE Spannungsregelung über schaltbare Transformatoren Koordination von Ladung/Verbrauch und erneuerbarer Erzeugung Joachim Bamberger Folie 22 Siemens Quelle: Allgäuer Überlandwerk

22 Ergebnisse der Smart Grid Einführung Messbare Erfolge Einsparung von mehr als 20% der Netzausbaukosten (Gesamt 3,2 Mio. /a) durch Optimierung der Auslegungskriterien in der Netzplanung E-Fahrzeuge im Allgäu (Szenario 2020) lassen sich ohne Probleme in das bestehende Verteilnetz integrieren Erprobung neuer Geschäftsideen (Direktvermarktung Biogas, Einsatz neuer Technologien, Entwicklung von Dienstleistungen) Unterstützung anderer Verteilnetzbetreiber durch Knowhow Transfer egrid eine Dienstleistung des Allgäuer Überlandwerk Robert Köberle, Bernhard Rindt 24

23 Experiment 3: Verteilnetz als eigenständiges Kraftwerk, Projekt-IREN2 Experiment 3: Projekt IREN2 AÜW, Siemens, HKE, RWTH, ID.KOM Können konventionelle Kraftwerke zumindest zeitweise durch intelligent gesteuerte verteilte Erzeuger (= Smart Generation) ersetzt werden? Page 25

24 Experiment 3: Verteilnetz als eigenständiges Kraftwerk, Projekt-IREN2 Ist-Situation: Derzeit sind ca. 10% konventionelle MUST-RUN Kraftwerke nötig, um das deutsche Energienetz stabil zu halten. Konsequenz: Selbst wenn genügend erneuerbare Erzeugung vorhanden ist, muss diese weggeworfen werden. Page 26

25 Experiment 3: Verteilnetz als eigenständiges Kraftwerk, Projekt-IREN2 Lösung: Erneuerbare Erzeuger übernehmen Regelaufgaben Konventionelle Erzeugung wird abgeschaltet. Page 27

26 Experiment 3: Verteilnetz als eigenständiges Kraftwerk, Projekt-IREN2 Schritt 1: Niederspannungsnetze als Aktuator ertüchtigen: definiertes Regelverhalten gegenüber dem überlagerten Netz = ~ Regler NS MS temporär autarker Netzbetrieb Re-Synchronisierung mit dem überlagerten Netz = ~ Schwarzstart Testnetz in Wildpoldsried: 600kW Photovoltaik = ~ 250kW Biogas-Anlagen 300kW Batteriespeicher = ~ 600kW Dieselgeneratoren 300kW Verbrauch 650kW Test-Lasten Page 28

27 Experiment 3: Verteilnetz als eigenständiges Kraftwerk, Projekt-IREN2 Schritt 2: Mittelspannungsgebiet zu einem Topologischen Kraftwerk aggregieren: Lieferung gesicherter Systemdienstleistung an das Übertragungsnetz: Regler MS HS Frequenzregelung Spannungsregelung Kurzschlussleistung Dämpfung NS-Teilnetz = ~ P(f), Q(U) I_sc, J*df/dt Oberschwingungskompensation = ~ Aggregation und Anbieten der einzelnen Systemdienstleistungen Stabiles Ausführen der Systemdienstleistung NS-Teilnetz Page 29

28 Was hat der Verbraucher davon? Page 30

29 Eine ökonomische Diskussion: Erfahrungen aus dem Geschäft mit Hybrid Power Anlagen Siemens bietet für autarke bzw. zeitweise Netz-gekoppelte Energieversorgungen bis ~50MW Last an. Ziel: mit PV/Wind Anlagen Treibstoffkosten zu reduzieren. Erneuerbare Erzeugung und Speicher übernehmen zeitweise die Netzführung. Kunden: Betreiber von Industrieanlagen, Energieversorger Grundlage der Investitionsentscheidung: Fundierte Kosten-Nutzenrechnung über gesamte Anlagenlaufzeit. Umweltargumente zählen nicht. Page 31

30 Eine ökonomische Diskussion Einflussfaktoren der Kosten Nutzen Rechnung Kundenziel: Meist Treibstoffersparnis, auch Robustheit Treibstoffpreis: 0,5 /l 5 /l Erneuerbare Ressourcen: gut bis sehr gut Abschreibungszeitraum: 4,2 Jahre 20 Jahre Kapitalkosten (=Risiko): 4% 12% Eigenkapitalrendite 5% - 15% Verbrauchsprofil Baukosten Die wirtschaftlichste Auslegung ist Ergebnis einer Optimierungsrechnung auf Basis ökonomischer Faktoren und technischer Randbedingungen. Page 32

31 % /kwh Eine ökonomische Diskussion Beispielprojekt: 3MW Last, Wind, PV, Diesel, Speicher 0,27 0,25 Energiepreis vs. Eingesetztes Kapital Die Kosten/Nutzenrechnung wird bezüglich Menge von PV, Wind u. Speicher variiert. Optimum: Energiepreis 0,17 /kwh, Investition: 14,5 Mio, erneuerbarer Anteil = 63%, 1,7MW PV, 4,5MW Wind, 1,5MWh Speicher Erhöhung des Windanteils erhöht Kosten bei geringer Wirkung! Optimale Konfiguration ist Funktion der finanziellen Rahmenparameter! Page 33 0,23 0,21 0,19 0,17 0, Eingesetztes Kapital [Mio ] Erneuerbarer Anteil vs. Eingesetztes Kapital Eingesetztes Kapital [Mio ]

32 Modellrechnung zur Finanzierbarkeit der Energiewende Bei steigenden Kosten für Primärenergie (aber ohne CO2-Kosten) stellt sich das Gesamtprojekt lukrativ dar. Fraunhofer IWES Quelle: Studie Geschäftsmodell Energiewende

33 Zum Schluss: 100% Erneuerbare Energien (EE): Machbar? Entwicklungen zur kosteneffizienten Netzintegration schreiten voran Kosteneffiziente Integration von EE in Verteilnetze Übernahme von Systemdienstleistung durch EE 100% EE aus Stromnetz-sicht technisch machbar Damit verbleibt die Frage: Wieviel Energiewende wollen wir uns wann leisten? Page 35

34 Zum Schluss: 100% Erneuerbare Energien: Realistisch? Bezahlbar? Gesellschaftliche Einigung auf Ziele vorhanden? z.b.??% EE-Anteil, CO2 Einsparung, oder Unabhängigkeit von Russland Gesellschaftliche/volkswirtschaftliche Einigung auf Rahmenparameter vorhanden? Kapitalkosten, Zielpreise für Strom/Wärme/Transport, Bewertung nichtfinanzieller Beiträge (z.b. CO2-Kosten, Vermeidung Nukleartechnik) Alle Maßnahmen werden gemäß reiner Wirkungsbetrachtung entschieden? Wer ist eigentlich der Investor der Energiewende?? Dissens über Ziele, Planungshorizont, finanzielle/nicht-finanzielle Parameter