Virtuelle Kraftwerke Erzeugungs- und Lastmanagementkonzepte

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1 Virtuelle Kraftwerke Erzeugungs- und Lastmanagementkonzepte Das Power-to-Heat-Prinzip: Nutzung von regenerativem Überschuss-Strom zur Wärmeerzeugung Dipl.-Ing. Heinz Hagenlocher Leitung Energy Automation Solutions Stuttgart, AVAT Automation GmbH Derendinger Strasse 40, Tübingen Telefon +49 Telefon Telefax +49 Telefax

2 Überblick AVAT Automation GmbH, Tübingen Energiewende, aber wie? Erzeugungs- und Lastmanagement Lösungsansatz Power-to-Heat Projektbeispiel Fazit

3 AVAT Automation GmbH - 25 Jahre KWK-Expertise 1988: Ingenieurbüro für dezentrale Energieerzeugung und Versorgungstechnik 1993: GmbH - Entwicklung von BHKW-Steuerungen und Automationslösungen 2014: über 80 MitarbeiterInnen (75% Ingenieure, davon 50% F&E) Geschäftsbereiche EAS Energy Automation Solutions Automation + Leitsysteme für die Versorgungstechnik Partner für Stadtwerke und regionale Versorger Expertise Versorgungstechnik und Energiewirtschaft BHKW-Automation: Heizkraftwerke, En. zentralen Sparten-Lösungen: Wärme, Strom, Gas, Wasser EE: Biogas, Biomasse, Synthesegas Virtuelle Kraftwerke / Virt. Stromspeicher individuelle & nachhaltige Komplettlösungen ECS Engine Control Systems Motormanagement-Systeme f. BHKW-Gasmotoren Partner von internationalen Motorenherstellern Expertise Gasmotoren und Verbrennungsprozess Hardware-, Software- und Systementwicklung Kooperation mit Motoren-Entwicklern, Hochschulen und Forschungseinrichtungen technologisch führend

4 EAS Kompetenz in Automation und Prozessleittechnik: Wir bringen umfassendes Wissen sowie unsere ganze Erfahrung ein und entwickeln für Sie überzeugende Konzepte und nachhaltige Lösungen. Unsere Leistung: Ihre Lösung Vertikal integrierte Automationslösungen: ein stimmiges Komplettpaket aus einer Hand ohne Wenn und Aber. Breites Produktportfolio Automationstechnik: Messen, Steuern, Regeln Fernwirk-, Daten- und Kommunikationstechnik Leittechnik: Bedienen & Beobachten Umfassendes Leistungsspektrum Beratung, Systemkonzeption, Engineering/CAD Software-Entwicklung SPS- und Leitebene Schaltanlagenbau und E-Montage Inbetriebnahme, Service/Support, Fernwartung Komplettlösung aus einer Hand

5 EAS IT-, Kommunikations-, Automatisierungs- und Energie-Infrastruktur wachsen zusammen. Intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement sowie neue Optimierungsstrategien entscheiden über Ihren Erfolg. Unsere Expertise: Ihr Gewinn Experten für dezentrale Energieerzeugung 25 Jahre BHKW-Automation: über 500 Mannjahre BHKW Know-How Kernkompetenz BHKW: vom Motormanagement bis zur Leittechnik Umfangreiche Erfahrung mit Heizkraftwerken und Wärmeversorgung Fokus auf Energie- und Kosteneffizienz Vertiefte Kenntnisse der Energiewirtschaft Virtuelles Kraftwerk unser Thema seit 2001: Vernetzung/Einsatzoptimierung räumlich verteilter BHKWs (Pool) Intelligente Erzeugungs- und Lastmanagement-Konzepte Virtuelle Stromspeicher / Power-to-Heat (Hybrid-Heizkraftwerke) Optimierter BHKW-Einsatz Energie- und Lastmanagement Virtuelle Kraftwerke Demand Side Management Virtuelle Stromspeicher

6 Unsere Kunden Stadtwerke Stadtwerke, regionale Versorger Stadtwerke Sachsenheim Öffentliche Auftraggeber Fernwärmegesellschaft Baden-Württemberg mbh Energiekonzerne, Anlagenbau, Systemlieferanten Gasmotoren- Hersteller

7 Energiewende, aber wie? Ziel: Ausbau der Erneuerbaren Energien (EE) Zunehmend nicht steuerbare Erzeugung elektrischer Energie durch Wind und Sonne fluktuierende Einspeisung ins Stromnetz Einspeisung stark schwankend im Tages-, Wochen- und Jahresverlauf: PV-Strom Maximum im Sommer Windenergie Max. im Frühjahr und Herbst erhebliche Schwankungen im Netz (Volatilität) Stromspeicher-Problematik (Pumpspeicher, phys. Stromspeicher, Power-to-Gas)

8 Unstete Einspeisung Schwankungen im Netz 2020: Bei viel Wind + Sonne kann der Energiebedarf weitgehend durch EE gedeckt werden 2-Wochenverlauf fluktuierender EE-Einspeisung im Jahr 2020 (Wetterjahr 2006) Bei ungünstigen Wetterverhältnissen fehlen jedoch 40 GW

9 Erzeugungs- und Lastmanagement Ziel: Ausgleich von Stromerzeugung und Stromverbrauch (Energie-Balance) Automatische geregelte Anpassung des Stromverbrauchs an die regenerative Stromerzeugung Berechnung der optimalen Betriebszeiten von flexibel steuerbaren Erzeugern (z.b. BHKWs) und Verbrauchern Neue Konzepte für überschüssigen EE-Strom Kopplung von Strom- und Wärmemarkt Virtuelle Kraftwerke Virtuelle Stromspeicher

10 Korrelation von Strom-Spotmarktpreisen und Windprognose Ziel: Optimierter Anlagenbetrieb Prinzip: Strompreis-geführte Betriebsweise Windleistungs-Prognose hoch niedrige Spotmarktpreise Grafik: SüdWestStrom Windleistungs-Prognose niedrig hohe Spotmarktpreise Vorteile: Optimale EE- Integration Netzlast-Ausgleich Wirtschaftlich 10

11 Virtuelles Kraftwerk smartenergy Server smartenergy Controller 11

12 Erzeugungs- und Lastmanagement: Power-to-Heat (Virtueller Stromspeicher) Nutzung von EE- Überschuss-Strom zur Wärmeerzeugung Hybride Wärmeerzeugung durch flexibel steuerbare Kombination von fossilen und elektrischen Wärmeerzeugern Gezielter Einsatz der unterschiedlichen Wärmeerzeuger: Wärme- und Strom-Erzeugung durch BHKW in Strom- Spitzenlastphasen, d.h. bei hoher Stromnachfrage Wärmeerzeugung durch el. Wärmepumpen und/oder Elektro-Heizer (Stromverbraucher)bei Strom-Überangebot Einfache, effiziente Speicherung der Wärme-Energie in Form von Warmwasser Stromvermarktungs-Optionen (Spotmarkt, Regelenergie)

13 Power-to-Heat Hybride Wärme- Erzeugung mit BHKW und Wärmepumpe im Vergleich zur konventionellen Wärmerzeugung mit Gaskessel Primärenergie- Einsparung Markteffekte durch Börsenpreis-Differenz Konvent. Wärme-Erzeugung im Vergleich zu Power-to-Heat / virtueller Stromspeicher

14 Vorteile Power-to-Heat Effiziente Nutzung von EE-Überschuss-Strom, gleichzeitig Primärenergie-Einsparung durch Substitution fossil erzeugter Wärme Ausgleich saisonaler Schwankungen von EE-Erzeugung bzw. Wärmebedarf durch Nutzung der Speicherkapazität des Gasnetzes als virtuellen Stromspeicher Nutzung des Stromnetzes als Marktspeicher durch Strom-Einspeisung in Zeiten geringer EE-Erzeugung Strom-Entnahme in Zeiten von EE-Überangebot Hohe Flexibilität bzgl. Wärme- und Stromerzeugung bzw. Verbrauch: Zeiten und Mengen können dem aktuellen Bedarf angepasst werden verfügbare Technik: einfach, bewährt und preisgünstig Beispielfotos

15 Virtueller Stromspeicher Wärmeversorgung PS Biberach /Land B-W 2 BHKW je 400 kw el 1 Elektro-Direkterhitzer 400 kw 1 Spitzenlast-Gaskessel 1.7 MW 1 Wärmepumpe 80 kw el / 360 kw th HT-Speicher 200 m 3 + NT-Speicher 600 m 3 Power-to-Heat: EE-Strom substituiert Erdgas Nutzung von EE- Überschuss-Strom zur Wärmeerzeugung Hybride Wärmeerzeugung durch flexibel steuerbare Kombination von BHKW (Erdgas) sowie Wärmepumpe und Elektroheizer (Strom) Intelligente Steuerung von Erzeugern, Verbrauchern und Speichern Große Wärmespeicher zur Entkopplung der stromgeführten Wärmeerzeugung von der Wärmeabnahme Berechnung Aggregate-Betriebszeiten abhängig von: Wetter- und Wärmebedarfsprognose, Speicherladezustand Börsenpreisprognosen Strom/Gas Fotos 2 und 3: Beispielfotos

16 Potenzial Power-to-Heat Theoretisch nutzbares Substitutions-Potenzial In hybriden Wärme-Erzeugern theoretisch nutzbare Anteile des Endenergie-Verbrauchs in Deutschland. 52% = ca TWh/a Technisch unmittelbar für PtH nutzbar: ca. 1,4% = 33 TWh/a*) Ungeeignet für die Nutzung von PtH: ca. 48 % EE-Überschuss in 2020: ca. 1,1% = 27 TWh/a *) dies entspricht ca.130 großen PSW (0,25 TWh/a) Quelle: AG Energiebilanzen e.v. - BM für Wirtschaft und Technologie. FhG-Institut für System-und Innovationsforschung, München 2009

17 Windmühlen taugen nicht für preiswerte öffentliche Stromversorgung.[ ] Für preiswerte Raumheizung, [ ] dagegen sehr gut: Die von wechselnden Winden getriebenen Mühlen produzieren billig Strom mit schwankender Spannung und geben ihn mit einer Art Tauchsieder in den heimischen Wasserspeicher ab. Wind: Heizung für Millionen Spiegel Ausgabe 52/1980 Auch heute noch eine große Herausforderung: Volatile Erzeugung und flexible Nachfrage zu jedem Zeitpunkt effizient aufeinander abzubilden wird zu einer komplexen energielogistischen Aufgabe!

18 07071 / heinz.hagenlocher@avat.de smartenergyautomation Fazit Energiewende erfordert innovative Konzepte für Energieerzeugung, Speicherung und Verbrauch Energiebalance durch intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement Virtuelle Stromspeicher / Power-To-Heat: Nutzung von EE- Überschuss-Strom, gleichzeitig Einsparung Primärenergie Die Aggregate sind preiswert, verfügbar, nutzen vorh. Infrastrukturen und sind gesellschaftlich akzeptiert Kraft-Wärme-Kopplung flankiert hervorragend die EE- Integration durch Ausgleich fluktuierender Einspeisung Energie-Automation: IKT- und Energie-Infrastruktur wachsen zusammen vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!