Herausforderungen und Chancen für Akteure der Energiewirtschaft bei der Transformation des Energiesystems

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1 Herausforderungen und Chancen für Akteure der Energiewirtschaft bei der Transformation des Energiesystems Fachtagung : Wegbereiter der Energiewende TüV SÜD Industrie Service GmbH München, Dienstag, 21. Oktober 2014 Uwe Holzhammer, Gruppenleiter Bedarforientierte Energiebereitstellung Fraunhofer IWES, Kassel, Deutschland

2 Fraunhofer IWES Kassel Bereich Energieverfahrenstechnik Abteilung Bioenergie-Systemtechnik Themenschwerpunkte: Biogasanlagentechnik (mit eigener Versuchsbiogasanlage) effiziente Biogasverwendung (z.b. Mikrogasturbine, BHKW) Biogasaufbereitungstechnik und Verfahren Biogaseinspeisung in das Erdgasnetz Erneuerbares Gas als Kraftstoff CO 2 -Versorgung zur E-Gasproduktion (Power-to-Gas) bedarfsorientierte Energiebereitstellung Gasspeichertechnik, Automatisierung und Anlagensteuerung, Fütterungsmanagement, bedarfsgerechte Biogasproduktion, Wärmebereitstellung Dienstleistung: Unabhängige Beratung, Konzeptentwicklung, Wirtschaftlichkeitsanalysen, Produktentwicklung (Optimierer Stromvermarktung, Gasspeichermanager, Fütterungsmanager), Szenarienentwicklung, unabhängige Vergleichsanalysen und Bewertung, Studien (für Unternehmen, kommunale Stadtwerke und Politik)

3 Der energiewirtschaftliche Rahmen Die Energiewende ist auf dem Weg und sucht Begleiter Was verändert sich gerade? Chancen und Risiken für Unternehmen der Energiewende Vision und Fazit VORTRAGSSTRUKTUR

4 ENERGIEWIRTSCHAFTLICHER RAHMEN FOKUS STROM

5 Das Energieversorgungssystem soll: eine hohe Versorgungssicherheit gewährleisten (geregelt seit 1935 im EnWG)

6 Energieversorgung: hohe Versorgungssicherheit Mittellast Spitzenlast BackUp Regionale Monopole Verbinden einzelner Netzinseln Aufbau von enormem Kapazitäten kein Wettbewerb Grundlast 6

7 Das Energieversorgungssystem soll: eine hohe Versorgungssicherheit gewährleisten die Versorgung kosteneffizient vollziehen (seit 1998, durch Liberalisierung des Strommarktes, Änderungen im EnWG) Erzeugung wird von Transport getrennt (Unbundling) Strompreise werden (z.t.) an der Strombörse gebildet -> Wettbewerb

8 Kosteneffiziente Versorgungssicherheit bedeutet Überkapazitäten abbauen Abbau redundanter Erzeugungskapazitäten neue Akteure organisieren sich Konsolidierung dauert an. 9

9 . und auch eine bessere Nutzung der technischen Möglichkeiten eines Verbundnetzes. Das (Verbund-)Stromnetz wird effizienter zur Gewährleistung der Versorgungsicherheit eingebunden 10

10 Ergebnis: Versorgungssichere und kosteneffiziente Stromversorgung mit hohen CO2 Emissionen! Systemdienstleistungen: Regelleistung Blindleistung Netzwiederaufbau Kurzschlussstrom 11

11 Das Energieversorgungssystem soll: eine hohe Versorgungssicherheit gewährleisten die Versorgung kosteneffizient vollziehen mit geringen Umweltbelastungen umgesetzt werden (Zukunft: nahezu CO2 Neutral) Dezentrale erneuerbare Erzeugung, z.t. nicht abgestimmt mit Bedarf (insbesondere EEG 2000, ff) Verteuerung der Brennstoffe mit hohem CO2 Ausstoß (Einführung des Emissionshandels)

12 EE-Anlagen werden hinzugebaut, Kostenmechanismus für CO2-Emissionen werden eingeführt hohe EE-Ausbaudynamik neue Akteursvielfalt, mehr Angebot: fallende Preise konv. Kraftwerkskapazitäten in betriebswirtschaftlichen Schwierigkeiten 14

13 Das zukünftige Energieversorgungssystem soll im optimalen Maße die Aspekte des energiewirtschaftlichen Dreiecks berücksichtigen:

14 WAS HEIßT DAS NUN DIE ENERGIEWENDE IST AUF DEM WEG?

15 80% Weg der Energiewende Über 28 %

16 Strombedarf und Stromversorgung (fee + restliche Kraftwerke) Rot: Last (Strombedarf) Weiß: restliche Last (Residuallast) Leistung [GW] Geothermie Holz-/Müll-HKW Wasserkraft Onshore-Wind Offshore-Wind Photovoltaik Last Import/Export Farbig: EE- Erzeugung Tag 25/09 27/09 29/09 01/10 03/10 05/10 07/10 Tag/Monat Quelle: Fraunhofer IWES Norman Gerhardt

17 Strombedarf und Stromversorgung (fee + restliche Kraftwerke) Diese Strommengen aus Wind und Sonne werden der Strombörse notfalls zu Null bereitgestellt. Leistung [GW] Geothermie Holz-/Müll-HKW Wasserkraft Onshore-Wind Offshore-Wind Photovoltaik Last Import/Export /09 27/09 29/09 01/10 03/10 05/10 07/10 Tag/Monat Quelle: Fraunhofer IWES Norman Gerhardt

18 WIE GEHT ES WEITER?

19 Status Quo: EE und konv. Stromversorgung 24

20 Der Zubau von fluktuierenden EE (fee) führt zu einer weiteren Reduzierung der konv. Versorgungskapazität. 25

21 Notwendige Eigenschaften der (residualen) Erzeugungskapazität, um fee effizient zu integrieren: (Auswahl) große Reaktionsfähigkeit/Flexibilität der Erzeugungskapazitäten (Bedarfsberücksichtigung) schnelle Reaktionszeiten von 5 bis 10 GW in 15 min geringere Volllaststunden im Jahr (von Anlagen die chemische Energieträger einsetzen) geringere CO2 Emissionen kosteneffizient Stromnetzstabilisierend / Stromversorgung absichern effiziente Nutzung von fee-strommengen Vermeidung von überschüssige fee-strommengen

22 Es gilt Flexibilität im Versorgungssystem sicher, kosteneffizient und umweltfreundlich organisieren! 27

23 Flexibilität im Versorgungssystem: -> FlexiBLACKBOX 28

24 Strom-Versorgung mit fee (Wind, Sonne) FlexiBLACKBOX übernimmt SDL und stellt z.t. Wärme bereit 29

25 fee-anlagen können zukünftig ebenfalls SDL bereit stellen, in Ergänzung mit FlexiBLACKBOX Lösungen 30

26 Übersteigt die fee-erzeugung den Bedarf, dann nimmt die FlexiBLACKBOX den überschüssigen Strom auf.. 31

27 und stellt gleichzeitig z.b. effizient Wärme bereit.. 32

28 oder Wärme und Energie für Mobilität bereit. Energie für Mobilität 33

29 oder wieder Strom bereit, wenn kein Wind weht und keine Sonne scheint. 34

30 FlexiBLACKBOX kann während dieser Zeit ebenfalls zur effizienten Wärmeversorgung beitragen. 35

31 Relevante fee-anteile benötigen Flexibilität, die durch eine hohe Anzahl an FlexiBLACKBOXen zur Verfügung gestellt werden kann. 36

32 FlexiBLACKBOX und fee-anlagen müssen im virtuellen Kraftwerk koordiniert werden. Unternehmen der Energiewende betreiben virtuelle Kraftwerke 37

33 Die FlexiBLACKBOX WAS STECKT NUN DAHINTER?

34 Beispiel: FlexiBLACKBOX am Erdgasnetz: Standartauslegung Standartauslegung 40

35 Beispiel: FlexiBLACKBOX am Erdgasnetz: Standartauslegung Standartauslegung 41

36 Beispiel: FlexiBLACKBOX am Erdgasnetz: Flexible Auslegung Flexible Auslegung zusätzliche BHKW Leistung zusätzliche Wärmespeicherkapazität stärkere nutzen der vorhanden Erdgasspeicher 42

37 FlexiBLACKBOX: Flex-Erdgas-KWK + Wärmespeicher Stromproduktion bei hoher Residuallast Residuallastversorgung, Wärmebereitstellung und Systemdienstleistung SDL 43

38 Keine Stromproduktion wenn hohe Mengen PV Strom im Netz sind, gleichzeitig werden Wärmesenken weiter versorgt! 44

39 . Kombination mit PtH (Power to Heat) möglich und. 45

40 können so überschüssige z.b. PV-Strommengen zur Wärmeversorgung nutzen (SDL inklusive). SDL 46

41 VISION

42 Mit Biomethan zusätzlich flexible BHKW-Anlagen versorgen, und weiter CO2-Mengen einsparen! Biogas aus organischen Abfällen und Energiepflanzen Biomethanspeicherung im Erdgasspeicher, wenn hohe fee-strommengen vorhanden sind. 48

43 Zukunft: Die Biomethanproduktionsanlagen wird zur EE- Gasproduktionsanlage durch Kopplung mit Power to Gas! - Kombination mit PtG Kombination mit PtG 49

44 Überschüssige fee-strommengen werden zu EE-Gas!.wenn der Wärmespeicher voll ist 50

45 Aus EE-Gas (aus Biomasse und überschüssigen fee) wird wieder Strom und Wärme wenn kein Wind weht und keine Sonne scheint! SDL 52

46 Der Wert des Stroms HERAUSFORDERUNGEN UND CHANCEN STROMERZEUGUNG, DIENSTLEISTUNGEN, INVESTITIONEN IN EINE UNGEWISSE ZUKUNFT

47 Es gibt viele Aufgaben für Unternehmen der Energiewende: EE-Strommengen und CO2-arme Strommengen Versorgungskapazitäten flexibel bereitstellen fee in das Energiesystem integrieren Gewährleisten der Versorgungssicherheit Netzfrequenz stabilisieren Blindleistung bereitstellen Kurzschlussleistung sicherstellen Schwarzstartfähigkeit sicherstellen gesicherte Leistung aus EE erhöhen EE-KWK-Wärme bereitstellen Aufbau von zukunftsfähiger Infrastruktur erhöhen nationaler Versorgungssicherheit Welchen Wert werden diese Produkte in Zukunft haben?! 56

48 Chancen und Risiken für Unternehmen der Energiewende Die Risiken bestehen hauptsächlich in der Offenheit des Prozesses und die Gefahr auf das falsche Pferd zu setzen. Welche FlexiBLACKBOX wird sich durchsetzen? Klar ist, dieser Prozess muss umgesetzt werden, dazu braucht es innovative >> Unternehmen der Energiewende << 57

49 FAZIT

50 Fazit Das Energiesystem seht vor großen Veränderungen. Es gilt alle technischen Möglichkeiten intelligent miteinander zu verknüpfen um kosteneffizient und klimaschonend, eine Stromversorgung mit hoher Versorgungssicherheit zu realisieren. Strom aus Erdgas/Biogas/Biomethan/E-Gas weist ein hohes technisches Potential an Gesamtflexibilität auf. Strom aus KWK ist generell eine kostenintensive effiziente bzw. erneuerbare Stromquelle, die gezielt in Phasen mit geringen Strommengen aus Sonne und Wind eingesetzt werden kann. Teile der fee-leistung können durch diese KWK-Anlagen abgesichert werden. Der EE-KWK-Anteil kann durch die Flexibilisierung an der Wärmeversorgung erhöht werden und einen weiteren Beitrag zur CO2- Minderung leisten.

51 Fazit Zukunftsfähige Infrastruktur wird etabliert (Wärmenetze und Wärmespeicher, BHKW-Technik, Erdgasnetzanschlüsse, CO2-Quellen). Positiver Einfluss auf die nationale Versorgungssicherheit Offen ist allerdings noch, welchen Wert die positiven Eigenschaften zur Versorgungssicherheit in Zukunft mit hohen Anteilen an fee haben werden. Eine sichere und stabile Stromversorgung in Deutschland, mit sehr hohen Anteilen an erneuerbaren Quellen ist in Zukunft technisch möglich, wenn erneuerbare Erzeugung, Flexibilität, Speicher und Backupkraftwerke mit erneuerbarem Gas intelligent zusammenwirken. Die Energiewende braucht Wegbegleiter!

52 Einige der Aspekte wurden im Rahmen von Untersuchungen über das vom BMWi im Rahmen der Querschnittsforschungsförderung unterstützten Projekt OptiKoBi² (FKZ ) vorgenommen! Vielen Dank für die Förderung! Ebenso werden einzelne Teilaspekte mit Unternehmen gemeinsam mittels angewandter Forschung in den betriebswirtschaftlichen Alltag gebracht. Auch hier vielen Dank für das Vertrauen. Vielen Dank für Ihre geschätzte Aufmerksamkeit! Ich freue mich auf Ihre Fragen und die Diskussion. Kontakt: Dipl. Ing. (FH) Uwe Holzhammer uwe.holzhammer@iwes.fraunhofer.de Gruppenleiter: Bedarfsorientiere Energiebereitstellung Abteilung: Bioenergie-Systemtechnik Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Königstor 59, Kassel