smartenergyautomation

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1 smartenergyautomation smartenergyautomation AVAT Automation GmbH Telefon Tübingen Telefax

2 Virtuelles Kraftwerk umsetzen smartenergyautomation Preisgesteuertes Erzeugungs- und Lastmanagement Nutzung von Flexibilitäts-Potenzialen dezentraler Energieanlagen Dipl.-Ing. Heinz Hagenlocher Leitung Energy Automation Solutions Tübingen, AVAT Automation GmbH Telefon Tübingen Telefax

3 AVAT Automation GmbH, Tübingen 80 MitarbeiterInnen (davon 60 Ing.) alles rund um dezentrale Energiesysteme 2 Geschäftsbereiche EAS Energy Automation Solutions Automation und Leittechnik individuelle & nachhaltige Komplettlösungen Expertise Versorgungstechnik und Energiewirtschaft Stadtwerke, Anlagenbauer ECS Engine Control Systems BHKW-Motormanagement-Systeme technologisch führend Expertise Gasmotoren und Verbrennungsprozess Serienausrüstung Motorenhersteller

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

5 IT-, Kommunikations-, Automatisierungs- und Energie-Infrastruktur wachsen zusammen. Intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement sowie neue Optimierungsstrategien entscheiden über Ihren Erfolg. Was hat AVAT mit virtuellen Kraftwerken zu tun? Experten für dezentrale Energiesysteme Kraft-Wärme-Kopplung = Energiewende-Schlüsseltechnologie Kernkompetenz BHKW: 27 J. Erfahrung = 500 Mannjahre Know-How BHKW-Automation: vom Motormanagement bis zur Leittechnik Fokus auf Energie- und Kosteneffizienz Spezialisten für Energiemanagement Virtuelle Kraftwerke/Smart Grids intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement optimierter Einsatz dezentraler Erzeuger, Verbraucher und Speicher Hybrid-Heizkraftwerke / Power-to-Heat (P2H) Optimierter BHKW-Einsatz Virtuelle Kraftwerke Erzeugungs- und Lastmanagement Demand Side Management Power-to-Heat Hybid-BHKW Virtuelle Stromspeicher

6 Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb Netzwerkteilnehmer: 9

7 Energiewende aber wie? ein kleiner Ausflug in die Energiewirtschaft Ziel: Ausbau und Integration der Erneuerbaren Energien (EE) Zunehmend fluktuierende Einspeisung durch Wind und Sonne Stark schwankend im Tages-, Wochen- und Jahresverlauf Starke Lastschwankungen im Netz (Volatilität) Erfordert Umbau unseres Energiesystems Bedarf an Flexibilitäten bei Erzeugung und Verbrauch Bedarf an netzdienlichen Energiespeichern Wichtig: Energie- und Kosteneffizienz

8 Netzbilanz / Volatilität Progn. Residuallast April 2050 (GW) Überschuss 50 GW Volatilität 115 GW Residuallast April 2014 (GW) 50 GW Grafik: Südwestdeutsche Stromhandels GmbH 12

9 Speicherarten Wärme- Speicher Fernwärme- Speicher Powerto-Gas Batterie- Speicher kurze Speicherdauer geringe Kapazität rel. teuer niedrige Effizienz rel. hohe Kosten Komplexes Verfahren Verfügbarkeit (noch) gering Grafik: Stromspeicher in der Energiewende AGORA

10 Virtuelles Kraftwerk Steinbeis-Forschungszentrum Wärme- und Energietechnik, Stirling Maschinen smartenergyserver Energie- und Lastmanagement EEG KWKG smartenergy Controller Internet AIC Anlagen-Interface- Controller Einsatzoptimierung bereits installierter BHKWs im Verbund Einbezug der vorhandenen Infrastruktur Sicherstellung der lokalen Wärmeversorgung

11 Virtuelles Kraftwerk smartenergy Server smartenergy Controller 18

12 Ziel: Erzeugungs- und Lastmanagement Energie-Balance = Ausgleich von Stromerzeugung u. Stromverbrauch volatile EE-Einspeisung flexible Erzeugung / flexible Last / Speicher Kopplung von Strom- und Wärmesektor Zeitliche Entkopplung Wärme-Erzeugung und -Verbrauch Wärme- und Strom-Erzeugung sowie Stromverbrauch automatische geregelte Anpassung an EE-Einspeisung Software-Algorithmus: Berechnung optimaler Betriebszeiten der flexiblen Aggregate Intelligentes Fahrplan- und Speichermanagement Börsenpreis-geführte Betriebsweise

13 Optimierungsprinzip Korrelation von Windprognose und Strom-Spotmarktpreis Spotmarktpreis als Indikator Ziel: Optimierter Anlagenbetrieb Prinzip: Strompreis-geführte Betriebsweise Windleistungsprognose hoch niedrige Spotmarktpreise Grafik: Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Windleistungsprognose niedrig hohe Spotmarktpreise Vorteile: Optimale EE- Integration Netzlast-Ausgleich Wirtschaftlich 20

14 Kombination der Flexibilitätsoptionen: Hybrid-BHKW Flexible Erzeuger: BHKW Flexible Lasten: Wärmepumpe und E-Heizer Sektorkopplung: Wärmeerzeugung mit Kombination fossiler und elektrischer Erzeuger Speicher: Wärmespeicher und Gasnetz + Erzeugungs-, Last- und Speicher-Management + Wärmelastprognose, EE-Erzeugungsprognose = Optimale EE-Integration (EE-Überschüsse, Netzlastausgleich) = saisonale Speicherung von Überschuss-Strom durch Substitution fossiler Energieträger = Deutl. Reduzierung Primärenergie-Einsatz und CO 2 -Emissionen 21

15 Erzeugungs- und Lastmanagement Wärmeerzeugung mit börsenpreisgeführtem Hybrid BHKW Strom- Grenzpreis Börsen- Preis Grafik: Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Strom-Börsenpreis hoch Stromerzeugung (BHKW) Strom-Börsenpreise niedrig Stromverbrauch (Wärmepumpe) Foto: AVAT Hagenlocher

16 Hybrid-BHKW Gasnetz Strommangel im Netz ( dunkle Flaute ) Wärmespeicher 100 BHKW erzeugt 50 Strom und Wärme Erdgas wird aus dem BHKW BHKW Gasnetz entnommen Wärmespeicher entkoppelt Wärme-Erzeugung 40 und -Verbrauch Stromnetz Wärmeabnehmer Grafik: AVAT 23

17 Hybrid-BHKW Gasnetz Stromüberschuss im Netz (Wind +PV) Wärmespeicher 100 Wärmepumpe verbraucht Strom und erzeugt Wärme Wärmepumpe Erdgas wird eingespart und im Gasnetz Umwelt- Wärme zwischengespeichert Wärmespeicher 40 entkoppelt Wärme-Erzeugung und -Verbrauch Stromnetz Wärmeabnehmer Grafik: AVAT 24

18 Hybrid-BHKW Gasnetz Saisonal-Speicher- Effekt bzgl. Stromnetz Wärmespeicher 100 Primärenergie- Einsparung 50 BHKW CO 2 -Vermeidung Wärmepumpe BHKW Reduzierung Brennstoffkosten Umwelt- Wärme Zusatzerlöse durch Börsenpreis-Differenz flexibel, hocheffizient und netzdienlich 40 virtueller Stromspeicher 40 verfügbare Technik: einfach u. preisgünstig Stromnetz Wärmeabnehmer Grafik: AVAT 25

19 Hybrid-BHKW Hybride Wärme- Erzeugung im Vergleich zur konventionellen Wärmerzeugung mit Gaskessel Primär- energie- Einsparung Markteffekt durch Börsenpreis- Differenz Konvent. Wärme-Erzeugung im Vergleich zu Hybrid-BHKW / virtueller Stromspeicher Grafik: AVAT Hagenlocher

20 Hybrid-BHKW Virtueller Stromspeicher Polizei-Hochschule Biberach 2 BHKW je 405 kw el /680kW th 1 Elektro-Durchlauferhitzer 405 kw 1 Wärmepumpe 80 kw el / 350 kw th 1 Solarabsorber 400 m² 1 Spitzenlast-Gaskessel 1.75 MW Hochtemperatur-Speicher 200 m 3 Niedertemperatur-Speicher 600 m 3 (frühere Heizöltanks) Hybride Wärmeerzeugung durch flexibel steuerbare Kombination von fossilen und elektrischen Wärmeerzeugern Nutzung von EE- Überschuss-Strom zur Wärmeerzeugung Intelligente Steuerung der Strom- und Wärmeerzeuger Berechnung Aggregate-Betriebszeiten abhängig von: Wetter- und Wärmebedarfsprognose Börsenpreis-Prognosen Strom/Gas Speicherladezustand 33 Fotos: AVAT Hagenloche

21 v.l.n.r.: Dr. Weng (SüdWestStrom, Moser v. Filseck (Stv.Polizeipräsident), Frey (V&B BW), Dr. Schmid (Minister für Wirtschaft und Finanzen BW), Lindenthal (Ltd. Baudirektor V&B BW) 34 smartenergyautomation Virtueller Stromspeicher Polizei-Hochschule Biberach - Einweihung am Foto: AVAT Hagenlocher

22 Solar-Absorber 400 m² NT-Speicher 600 m 3 HT-Speicher 2 x 100 m 3 Hybrid-Heizkraftwerk: Wärmepumpe + 2 BHKW-Aggregate Folie 35 Fotos: AVAT Hagenlocher

23 Ha 2015 AVAT BHKW-Aggregat Automation GmbH 405 kw 36 el /680kW th

24 Gaskessel 1750 kw Wärmepumpe 80 kw el / 350 kw th Elektr. Durchlauferhitzer 405 kw 37 Fotos: AVAT Hagenlocher

25 Fazit Energiewende erfordert sektorübergreifende Konzepte für Energieerzeugung, Speicherung und Verbrauch Kraft-Wärme-Kopplung ist die Schlüsseltechnologie für EE- Integration und somit für ein nachhaltiges Energiesystem Virtuelle Kraftwerke sind dabei wichtige Bausteine Energiebalance durch intelligentes Erzeugungs- und Lastmanagement energie- und kosteneffizient Hybrid-BHKW saisonale Speicherung von EE-Überschuss- Strom, gleichzeitig Einsparung Primärenergie und CO 2 Die Aggregate sind bewährt, preiswert, verfügbar und nutzen vorhandene Infrastrukturen Der regulatorische Rahmen behindert noch den Ausbau! vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! heinz.hagenlocher@avat.de

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27 Potenzial Hybrid-BHKW / 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 große PSW (0,25 TWh/a) Quelle: AG Energiebilanzen e.v. - BM für Wirtschaft und Technologie. FhG-Institut für System-und Ha Innovationsforschung, 2015 AVAT Automation München GmbH 2009

28 Power-to-Heat um Faktor 7 besser als Power-to-Gas 43

29 Wind: Heizung für Millionen 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. 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!

30 smartenergycontroller Intelligenz vor Ort Controller mit SPS-Funktionalität und Web-Server offen, modular und skalierbar Programmierung im IEC Standard Integrierte Web-Visualisierung Messen, Steuern, Regeln, Datenlogging, Trends, Systemüberwachung, Alarmierung, Betriebstagebuch (Fern-) Parametrierung Kommunikation-Standards VPN-IPsec /IEC Besonderheiten bei Aufschaltung von Bestandsanlagen mit älteren BHKW- und Kessel-Steuerungen: Spezielle Sensoren, Sonder-Signale proprietäre Schnittstellen und Protokolle hohe Anforderungen an System-Flexibilität Herausforderungen für den Systemintegrator

31 Einfluss von BHKW-Leistung und Speichervolumen auf Wirtschaftlichkeit Grafik: Südwestdeutsche Stromhandels GmbH 46