Die Aggregation von Flexibilitäten zur Integration Erneuerbarer Energien

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1 Die Aggregation von Flexibilitäten zur Integration Erneuerbarer Energien Fachtagung Smart Energy 2013, Dortmund RWE Deutschland AG, Prof. Dr. Michael Laskowski SEITE 1

2 Wind und Photovoltaik sind nicht regelbar auf der Nachfrageseite müssen Alternativen gefunden werden Wegen der volatilen Einspeisung von Wind- und Sonnenergie entsteht ein gesteigerter Regelenergiebedarf im Stromnetz Durch die Abnahmeverpflichtung von Wind- und Sonnenenergie ergibt sich ein zusätzliche Strompreisdynamik Die Bereitstellung von Flexibilitäten bietet ein Potenzial für eine zusätzliche steuerbare Energienachfrage Angebot 50 Hz Nachfrage Im zukünftigen Stromnetz wird regelbare Energie durch nicht regelbare Energie ersetzt regelbar Gaskraftwerk Wasserkraftwerk Kohlekraftwerk!! Industrie und Handel Haushalte Smart Grid Steuerbarkeit der Nachfrage erforderlich nicht regelbar Windkraft Photovoltaik!?? Flexibilitäten aus dem Gewerbesegment SEITE 2

3 Die Volatilität der Strompreise an der EEX bietet Möglichkeiten für die Vermarktung von positiven und negativen Flexibilitäten Der Verlauf des Strompreises an der Strombörse EEX zeigt den Effekt von Windstromüberschuss, der auf unzureichende Nachfrage trifft P/P Stunden mit Preisniveau unter 100% Zeitfenster für positive Flexibilitäten (dezentrale Erzeugung) Zeitfenster für negative Flexibilitäten (Lasten) Zeitfenster für positive Flexibilitäten (dezentrale Erzeugung) Quelle: EEX Uhrzeit SEITE 3

4 Flexibilisierung von Verbrauch im Gewerbe- und Geschäftskundensegment führt zu mehrseitigem Nutzen Kundennutzen Erwirtschaftung von Erlösen, Steigerung der eigenen Energieeffizienz durch Zurverfügungstellung von positiven und negativen Flexibilitäten Vermarktung von Arbeit und Leistung Verbesserte Ausnutzung der Flexibilität speichernder Geräte (Kühl-, Klima- und Heizgeräte, Batteriespeicher) Reduktion der Energiekosten durch Lastverschiebung Durch Bündelungseffekte Teilnahme am Energiemarkt Verbesserung der Energieeffizienz und des CO 2 -Footprints Aufbau eines Aggregators mit nachgelagerten Gateways zur Steuerung von Endgeräten bei Geschäftsund Gewerbe- Kunden EVU-Nutzen Erwirtschaftung von Erlösen durch die Vermarktung von Flexibilitäten seitens des Vertriebes / Portfoliomanagements: - optimierte Energiebeschaffung - Bilanzkreisoptimierung - Regelenergie- oder Spotmarkt - Sekundärreserve Nutzung von Flexibilitäten seitens des Netzes bei Netzengpässen (gelbe Ampel), Bereitstellung von Systemdienstleistungen Kundenbindung durch zusätzliche Produkte und Verträge Entwicklung und Vertrieb von geeigneten Flexibilitätsprodukten für unterschiedliche Marktteilnehmer SEITE 4

5 Das grundsätzliche Marktmodell eines Aggregators bedient Vertrieb und Netz Industrie Gewerbe Privatkunden Funktionen eines Demand Response Aggregators Aggregator MW, MWh Network Operations Center Kommerzieller Optimierer EVUs DSOs TSOs OTC EEX Kapazitätsmarkt Herausforderungen für einen Aggregator: diskrimierungsfreie Behandlung aller Demand Response-Anbieter ausreichende Marge, um Demand Response-Anbieter zu incentivieren derzeit Demand Response nur in Direktvermarktung an EEX möglich noch kein geeignetes Geschäftsmodell für DSOs im Markt vorhanden (Bilanzkreismanagement, Systemdienstleistungen für Verteilnetzbetreiber) SEITE 5

6 Der Aggregator kann in ein Energiemanagementsystem (EMS) (z.b. virtuelles Kraftwerk) eingebunden werden Energiemanagementsystem (EMS) Prognose, Optimierung, Portfolio-Management 3.0 Projektfokus Aggregator Kommunikations -module Aggregator zur Ansteuerung von EEG-Anlagen und Lasten ( gelbe Ampelphase im Netz) sowie Ansteuerung von Lasten zur Flexibilisierung des Gesamtverbrauches ( Portfoliomanagement 3.0 ) Kraft-Wärme-Kopplung Kommunikationsmodule zur Systemintegration (Gateway) Windturbinen Kommunikationsmodule zur Ansteuerung der Endgeräte SEITE 6

7 Flexibilitäten für das Netz dienen dem Mechanismus einer Ampelsymbolik Das Netz ist überlastet / in einem kritischen Zustand und wirft Last ab / schaltet Erzeugung ab Transaktionen des Marktes sind nicht mehr möglich Der Netzbetreiber gibt den Prozess vor Das Netz entwickelt sich in Richtung eines kritischen Zustandes und sucht nach kontrahierten Lasten oder Erzeugungen Transaktionen des Marktes sind eingeschränkt möglich Der Netzbetreiber gibt den Prozess vor Das Netz hat freie Kapazitäten, kritische Netzzustände sind nicht vorhanden Transaktionen des Marktes sind beliebig möglich Der Netzbetreiber greift nicht in den Markt ein SEITE 7

8 Netzengpässe werden mittels Systemdienstleistungen durch den Aggregator behoben Situation 1: Aggregatoren-Bilanzkreis ist nicht mehr ausgeglichen! Situation 2: Teile eines Verteilnetzes haben Überlast (gelbe Ampelphase)! Engpass Regelzone VNB VNA Bilanzkreise: Bilanzkreis 1 Bilanzkreis 2 Bilanzkreis 3 Bilanzkreis Aggregator Maßnahmen zu Situation 1: Flex-Abruf a) Gegenreaktion in anderem Verteilnetz; b) Übernahme der Abweichung in VNB-Bilanzkreis VND Maßnahmen zu Situation 2: a) VNB fragt bei Aggregator Systemdienstleistungen nach und incentiviert den Beitrag VNC Der Aggregator bündelt Leistungsflexibilitäten im Verteilnetz: Positive Leistungsflexibilitäten z. B. ferngesteuerte modulierbare Lasten Negative Leistungsflexibilitäten z. B. ferngesteuerte modulierbare Einspeisung Durch die Bündelung der Leistungsflexibilitäten im Verteilnetz werden strukturierte Produkte für Verteilnetzbetreiber und Bilanzkreisverantwortliche überhaupt erst ermöglicht. Konkret für Situation 2 existiert für derartige Systemdienstleistungen für VNB kein Geschäftsmodell, die hierfür notwendige Incentivierung durch den VNB ist noch nicht geklärt! SEITE 8

9 Beispiel: BMWi- Projekt E-DeMa SEITE 9

10 E-DeMA ein Feldversuch zur Anpassung von Lasten und Angebot im Verteilnetz RWE führte von März bis Dezember 2012 mit Partnern einen Feldversuch in ca. 700 Haushalten durch (in Mülheim / Ruhr und Krefeld) Die Haushalte wurden mit Smart- Metern sowie teilweise mit smarter Weißer Ware und einer µkwk- Anlage ausgestattet Ein Marktplatz zeigte den Kunden individuelle Verbrauchs- und Tarifinformationen SEITE 10

11 Das Marktplatzsystem verbindet Kunden mit Anbietern von Energie(dienstleistungen) OTC Business to Business Business to Customer Strom-Großhandel Technische Datenbereitstellung Produktpalette des Marktplatzes: Innovative Stromprodukte mit / ohne Automatisierung Lieferanten Aggregatoren Verteilnetzbetreiber Angebote von und für Aggregatoren Energiedienstleister Service-Dienstleister Angebote von Einspeisern z.b. Wetterdienst, Tarifberater Prosumer Messwerte, Tarife (informativ), Fern-Schalthandlungen, Services, Handelsgeschäfte Transparente Abrechnung Lokale Schalthandlungen Aktueller Verbrauch E-DeMa-Gateway In-House Tarife, Messwerte, Betriebswerte, Fern-Schalthandlungen Messstellenbetreiber (IKT-Gateway-Betreiber) Messwerte, Betriebswerte, Tarife, Fern-Schalthandlungen Wartungsfunktion für Hersteller Produkte zur Netzdienlichkeit für VNB und Dritte Service-Produkte z.b. von Geräteherstellern Energienetzdienstleistungsprodukte Administrative Produkte wie Bilanzierung, Datenhandling, SEITE 11

12 Aggregator-Leitsystem steuert Lasten und Erzeugung Netzleitsystem (Verteilnetzbetreiber) Vertragsdaten E-DeMa Marktplatzsystem B2B-Abruf Vertragsdaten Aggregator ruft Gruppen von Weiße Ware Geräten ab Aggregator Leitsystem Aggregator steuert Gruppen von Mikro KWK Anlagen Haushalt Haushalt Haushalt Haushalt Haushalt E-DeMa Gateway E-DeMa Gateway E-DeMa Gateway E-DeMa Gateway... E-DeMa Gateway weiße Ware Mikro KWK weiße Ware Mikro KWK weiße Ware Mikro KWK weiße Ware Mikro KWK weiße Ware Mikro KWK Weiße Ware: Waschmaschinen, Wäschetrockner, Geschirrspülmaschinen Smart Start: Gerät ist bereit für den Abruf durch das Aggregator Leitsystem SEITE 12

13 Fazit Die steigende Anzahl von Energiemengen aus erneuerbaren Energien erfordert neue Geschäftsmodelle die Erzeugungsmengen werden kleinteiliger und volatiler (PV, Wind) Energiekonsumenten werden zu Energieproduzenten (Prosumer) das Bestreben nach bilanzieller Energieautarkie nimmt zu aus politischer Sicht werden Subventionen aus dem EEG reduziert alte EEG-Anlagen fallen in absehbarer Zeit (nach insgesamt 20 Jahren) aus der Förderung heraus und suchen neue Finanzierungsmodelle wie z.b. die Direktvermarktung Kleine und mittlere Flexibilitäten stehen zukünftig dem Markt zur Verfügung sowohl positive als auch negative Flexibilitäten lassen sich zu vermarktbaren Aggregaten zusammenfassen geeignete Aggregatoren bündeln diese Flexibilitäten aufgrund einer Incentivierung eines vorgelagerten Energiemanagementsystems Aggregatoren stehen sowohl vertrieblich als auch netzseitig zur Verfügung SEITE 13