Vorstellung Endbericht: Machbarkeitsstudie Virtuelles Kraftwerk in der Region Nordsachsen/ Dübener Heide

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1 Vorstellung Endbericht: Machbarkeitsstudie Virtuelles Kraftwerk in der Region Nordsachsen/ Dübener Heide Leipzig, 31. Januar 2013 Thomas Bruckner, Diana Böttger, Philipp Hanemann Vattenfall Europe Stiftungslehrstuhl für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement Universität Leipzig

2 Agenda Inhalt der Machbarkeitsstudie Standortauswahl für Virtuelles Kraftwerk Wirtschaftlichkeitsanalyse für Virtuelles Kraftwerk Szenarien für den energiewirtschaftlichen Rahmen Mehrerlöse des Virtuellen Kraftwerks Chancen und Hemmnisse für Umsetzung

3 Virtuelles Kraftwerk INHALT DER MACHBARKEITSSTUDIE

4 Kernfragen der Analyse Auffinden einer geeigneten Region als Standort des Virtuellen Kraftwerks im Untersuchungsgebiet Voraussetzungen für technische Realisierbarkeit Untersuchung der Wirtschaftlichkeit des Virtuellen Kraftwerks unter Berücksichtigung der Vermarktungsoptionen Day-ahead Spot- und Regelenergiemarkt für die Zukunft Quelle: Energiekonzept für den Landkreis Nordsachsen und für die Region Dübener Heide der Landkreise Wittenberg und Anhalt-Bitterfeld

5 Virtuelles Kraftwerk STANDORTAUSWAHL

6 Stromverbrauch der Gesamtregion im Jahr 2008 Beim (absoluten) Stromverbrauch gibt es erhebliche regionale Unterschiede GWh im Landkreis Nordsachsen 256 GWh in der Region der Dübener Heide Höchster (absoluter) Stromverbrauch in Städten: Delitzsch, Schkeuditz, Gräfenhainichen, Eilenburg und Torgau (je mehr als 100 GWh) Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von ICL Ingenieur Consult,

7 Regionale Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Jahr 2011 Es gibt deutliche Erzeugungsschwerpunkte. Größte EE-Stromerzeugung aus: Windkraft: Kemberg, Oschatz Biomasse: Delitzsch, Torgau Photovoltaik: Doberschütz, Delitzsch, Elsnig Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von 50Hertz Transmission GmbH Anmerkung: Die Daten stellen die Standorte des Netzanschlusses und nicht notwendigerweise den physischen Standort dar. Darstellung berücksichtigt nur über EEG vergütete Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien; zusätzlich aber auch 130 GWh aus Biomassekraftwerk in Delitzsch dargestellt

8 Anteil des EE-Stroms am Stromverbrauch Einige Kommunen decken ihren Stromverbrauch bereits heute (bilanziell) vollständig mir erneuerbaren Energien. Die Kommunen Kemberg, Doberschütz, Schönwölkau, Beilrode, Delitzsch, Großtreben-Zwethau und Cavertitz erzeugten bereits 2011 mehr Strom aus erneuerbaren Energien als sie verbrauchten. Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von 50Hertz und ICL Ingenieur Consult,

9 Delitzsch als Standort für Virtuelles Kraftwerk Quantitative Relevanz: Vergleichsweise hoher absoluter Stromverbrauch in der Region Qualitative Relevanz: Bereits heute (bilanzielle) Deckung der Stromnachfrage durch erneuerbare Energien

10 Wind, kw Biomasse (flüssig), 425 kw Mögliche Komponenten für Virtuelles Kraftwerk in Delitzsch Installierte Leistung an erneuerbaren Energien Photovoltaik kw Biomasse (gasförmig), kw Biomasse (Altholz), kw Biomasse (flüssig), 425 kw Biomasse (gasförmig), kw In Summe rund 37,9 MW installierte Leistung von erneuerbaren Energien Rund 4,5 MW an KWK-Anlagen potentiell steuerbar Installierte Leistung KWK-Anlagen Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von TWD Für die Einbindung von technischen Anlagen in ein Virtuelles Kraftwerk können u.a. Einschränkungen aus unterschiedlichen Eigentumsverhältnissen bestehen. Erdgas, kw

11 Virtuelles Kraftwerk WIRTSCHAFTLICHKEITSANALYSE

12 Stromerzeugung [TWh] Zugebaute bzw. stillgelegte Kraftwerkskapazität [GW] Nettostromverbrauch [TWh] Betrachtete Szenarien für Rahmendaten Szenario Stromnachfrage Kraftwerkspark Brennstoff- und Stromspeicher Emissionszertifikatepreise Business as usual (BAU) Konstant KKW-Ausstieg, Zubau nach Planung World Energy Outlook 2010 Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke entsprechend aktueller Planungen Effizienz Fallend s. BAU s. BAU s. BAU Speicher s. BAU s. BAU s. BAU Zusätzliche Kapazitäten an Batteriespeichern BAU Effizienz Jahr Geothermie Biomasse Photovoltaik Wind offshore Wind onshore Wasserkraft Jahr Euro 2010 /MWh th Jahr Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von Energiekonzept 2010, World Energy Outlook, Leitstudie, BDEW Euro 2010 / t CO 2 Uran Braunkohle Steinkohle Erdgas Leichtes Heizöl Schweres Heizöl CO2 (rechte Achse) Von Bis Von Bis Von Bis Von Bis Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Heizöl

13 Strommarktmodell MICOES Europe MICOES Europe minimiert deterministisch die volkswirtschaftlichen Kosten. Modellannahmen Stromnachfrage (8760 h) für jedes Land Installierte Kraftwerkskapazität (blockscharf) - Technische Parameter (z. B. Wirkungsgrad, Ramp rate) - Wirtschaftliche Parameter (z.b. Startkosten) - Brennstoff- und CO 2 -Preise Erneuerbare Energien und dezentrale Erzeugung Regelenergiebedarf für jedes Land Kostenminimierung Gemischt-ganzzahlige Optimierung Modellierung in GAMS Spotmarkt Regelenergiemarkt Ergebnisse Spotmarktpreise Je Kraftwerk: - Stündliches Betriebsprofil - CO 2 -Emissionen - Deckungsbeiträge Leistungspreise Reservevorhaltung je Kraftwerk MICOES = Mixed Integer Cost Optimization of Energy Systems

14 Spotpreis für Strom [Euro/MWh] Windstromeinspeisung [GWh/h] Mittlerer Day-ahead Strompreis [Euro/MWh] Entwicklung der Spotmarktpreise BAU Effizienz Speicher 30 Jahr Jahresmittlerer Stromspotmarktpreis steigt bis 2030 auf 67 Euro/MWh Ausbau der erneuerbaren Energien wirkt preisdämpfend gegenüber Anstieg der Primärenergieträgerpreise Steigende Energieeffizienz führt zu bis zu 15 % niedrigeren Preisen Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag Windstromeinspeisung BAU Effizienz Speicher Exemplarische Woche (Dezember 2030) Stromspeicher haben leicht glättende Wirkung auf Day-ahead Spotmarktpreise Hohe Windstromerzeugung bei steigender Energieeffizienz führt zu sehr geringen Stromspotpreisen

15 Modell für Virtuelles Kraftwerk Strombedarf Delitzsch Spotmarkt Regelenergiemarkt Biomassekraftwerk Windkraftanlagen Photovoltaikanlagen BHKW Thermischer Speicher Spitzenlastkessel Fernwärmebedarf Delitzsch Day-ahead Spotmarkt für KWK-Anlage, Biomassekraftwerk, Windkraft- und Solaranlagen betrachtet Minutenreservemarkt für KWK-Anlage betrachtet

16 Jährlicher Mehrerlös [Euro] Komponenten des Virtuellen Kraftwerks: KWK-Anlage Vergleich von wärmegeführter und strom(preis)geführter Fahrweise Mehrerlöse etwa Euro im Jahr 2015 (ohne Regelenergiemarkt) und etwa Euro mit Regelenergiemarkt (Minutenreserve) Mehrerlöse zwischen und Euro im Jahr 2030 (ohne Regelenergiemarkt) und zwischen und Euro mit Regelenergie Jahr BAU (Spot- und Regelenergiemarkt) Effizienz (Spot- und Regelenergiemarkt) Speicher (Spot- und Regelenergiemarkt) BAU (nur Spotmarkt) Effizienz (nur Spotmarkt) Speicher (nur Spotmarkt)

17 Anzahl Anfahrvorgänge Volllaststunden Jährlicher Mehrerlös [Euro] Komponenten des Virtuellen Kraftwerks: Biomassekraftwerk BAU Effizienz Speicher Jahr Abschalten des Kraftwerks im Falle niedriger Spotmarktpreise Mehrerlöse von Euro im Jahr 2015 Mehrerlöse zwischen und Euro im Jahr Jahr 5000 Jahr Zunehmend mehr Anfahrvorgänge und damit Flexibilität notwendig Volllaststunden sinken

18 Jährlicher Mehrerlös [Euro] Komponenten des Virtuellen Kraftwerks: Windkraft- und PV-Anlagen Jahr Wind (BAU) PV (BAU) Abregelung im Falle negativer Spotmarktpreise Windkraftanlagen: Mehrerlöse von Euro im Jahr 2030 Photovolatikanlagen: Mehrerlöse von Euro im Jahr 2030 (deutlich geringer als für Windkraftanlagen) Jahr Windkraftanlagen 9,9 MW 10 MW 10 MW 10 MW Photovoltaikanlagen 5,6 MW Peak 6,04 MW Peak 6,54 MW Peak 7,54 MW Peak 31/01/

19 BAU BAU Effizienz Speicher BAU Effizienz Speicher Spezifische Mehrerlöse [Euro/MW] BAU BAU Effizienz Speicher BAU Effizienz Speicher Jährlicher Mehrerlös [Euro] Gesamtwirtschaftlichkeit des Virtuellen Kraftwerks KWK (Regelenergie) KWK (Spotmarkt) Photovoltaik Windkraft Biomassekraftwerk Biomassekraftwerk Windkraft Photovoltaik KWK (Spotmarkt) KWK (Regelenergie) Höchste absolute Mehrerlöse durch Biomassekraftwerk Anteile von Windkraft- und PV-Anlagen marginal Gesamte Mehrerlöse zwischen und Euro im Jahr 2030 Höchste spezifische Mehrerlöse durch KWK-Anlage, erst 2030 spezifische Mehrerlöse des Biomassekraftwerks höher Spezifische Mehrerlöse steigen bis 2030 bei allen Anlagen

20 Virtuelles Kraftwerk CHANCEN UND HINDERNISSE

21 Chancen und Hindernisse für die Umsetzung Mögliche Ziele für Virtuelle Kraftwerke (nach Steck, 2009): Technische Machbarkeitsstudie Erproben der Anlagen- und Informationstechnik Vorbereiten einer Markteinführung Integrierbarkeit fluktuierender Erzeuger Reduzierung von Emissionen Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades Erreichen von Klimaschutzzielen Netze Optimierte Netzauslastung Verbesserte Netzqualität Blindleistungskompensation Chancen Mehrerlöse durch gesteuerte Fahrweise Erlöse am Regelenergiemarkt Stromhandel Erschließung weiterer Vermarktungspfade Beitrag zu Systemdienstleistungen Hindernisse Day-ahead Spotmarkt Regelenergiemarkt Kosten für Informations- und Kommunikationstechnik Kosten für Prognoseerstellung Markteintrittsbarrieren (Präqualifikation) Personalkosten

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Thomas Bruckner Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät Universität Leipzig Grimmaische Str. 12 D Leipzig Dipl.-Wirtsch.-Math. Diana Böttger Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät Universität Leipzig Grimmaische Str. 12 D Leipzig Tel.: 0341/ Tel.: 0341/ Dipl.-Ing. oec. Philipp Hanemann Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät Universität Leipzig Grimmaische Str. 12 D Leipzig Tel.: 0341/

23 Virtuelles Kraftwerk BACK-UP

24 Anteil des EE-Stroms am Stromverbrauch Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von 50Hertz und ICL Ingenieur Consult,