Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken

Transkript

1 Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken Fraunhofer IWES Patrick Hochloff, Michael Schreiber

2 Inhalt Einleitung Simulationsplattform RedSim Fallstudie Markt Fallstudie Versorgerportfolio Fallstudie Haushalt

3 Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken Einleitung Simulationsplattform RedSim Fallstudie Markt Fallstudie Versorgerportfolio Fallstudie Haushalt

4 Einleitung Integration erneuerbarer Energien in Märkte und Versorgerportfolios Zusammenfassung dezentraler Anlagen in virtuellen Kraftwerken Einsatzplanung der Anlagen Verschiedene Anwendungen Märkte VK Harz Lieferanten Untersuchung in Simulationen Netzbetreiber

5 Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken Einleitung Simulationsplattform RedSim Fallstudie Markt Fallstudie Versorgerportfolio Fallstudie Haushalt

6 Simulationsplattform RedSim Fahrplanoptimierung Wind Fotovoltaik P2G Spotmarkt Strom Spotmarkt Erdgas Biogas KWK Speicher Regelleistung Lastdeckung Kosten Preise Techn. Parameter Optimierung Marktbedingungen Prognosen Fahrplan Lastprofil

7 Handlungszeitpunkt Simulationsplattform RedSim Rollierende Planung Prognosehorizont Handlungszeitraum Optimierungszeitraum Fahrplan aus Optimierung Simulationszeit Tag Tag 1 Tag 2 Tag 3 gesamter Fahrplan

8 Simulationsplattform RedSim Simulationsumgebung in MATLAB Konfiguration Datenbank Simulationsdaten Fahrplan Optimierung CPLEX OP-Modell Simulationssteuerung Zeit + Abfolge Modellkonstruktion Datenvorbereitung Optimierungsdaten

9 Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken Einleitung Simulationsplattform RedSim Fallstudie Markt Fallstudie Versorgerportfolio Fallstudie Haushalt

10 Fallstudie Markt Flexible Biogasanlage Speicher 15,4 MWh ch 6,3 MWh el Biogas 1,7 GWh ch /a 4,4 GWh el /a BHKW 2 Mal 526 kw el EPEX Regelleistung

11 [MWh] [MW] [MW] [ /MW] Fallstudie Markt Optimierter Fahrplan: Spotmarkt (2.) und Spot- und Minutenreservemarkt (3.) 1. Stundenkontraktpreise und Blockpreise (RL) 2. BHKW-Einsatz nach Spotmarktoptimierung 3. BHKW-Einsatz nach Optimierung Spot- und Minutenreservemarkt positive Minutenreserve negative Minutenreserve Spotmarkt DayAhead Erzeugung BHKW 1 Erzeugung BHKW 2 Erzeugung BHKW 1 Erzeugung BHKW 2 pos. Minutenreserve neg. Minutenreserve 2 Spotmarkt Spot- und Regelleistungsmarkt 4. Füllstand Gasspeicher 1 15.Jul 16.Jul 17.Jul 18.Jul 19.Jul 2.Jul 21.Jul 22.Jul 23.Jul 24.Jul 25.Jul 26.Jul 27.Jul

12 Zusatzerlöse [ct/kwh] Fallstudie Markt Kosten-Nutzen-Analyse: Flexibilitätsprämie Teilnahme Regelleistungsmarkt Spotmarkt Spotmarkt u. Minutenreserve Base-Peak-Differenz Kosten Anlagenerweiterung Einnahmen Flexibilitätsprämie ca. 2,5 ct/kwh ca. 1,6 ct/kwh 2,5 2 1,5 Zusatzerlöse am Spotmarkt Zusatzerlöse aus Minutenreserve ca.,86 ct/kwh (21 212),3 ct/kwh (21) bis,7 ct/kwh (211) 1, Stand:

13 Stromnetz Fallstudie Markt Erdgasnetz re len KWK, GuD, Gasturbine Power-2-Gas-Anlage am Strom- und Speicherung Gasspotmarkt Verstromung Erd spe CH 4 H 2 O O 2 CO 2 Elektrolyse, H 2 -Tank CO 2 -Tank H 2 Methansynthese H 2 O Power-to-Gas-Anlage Quelle: Sterner, M.: Bioenergy and renewable power methane in integrated 1% renewable energy systems, Dissertation, Universität Kassel, 29

14 Leistung in [kw] Energie in [kwh] Leistung in [kw] Preis in [EUR/MWh] Fallstudie Markt Power-2-Gas-Anlage am Strom- und Gasspotmarkt 1. Strom- und Gaspreise 2. Elektrolyseur 1 EEX Energy Spot Price EEX Natural Gas Daily Reference Price (NCG) -1 Dec-23 Dec-25 Dec-27 Dec-29 Dec-31 Jan-2 Jan-4 Jan-6 Jan-8 Jan-1 elektrische Verbrauchsleistung H -Gasstrom H -Gasstrom 2 Elektrolyseur 2 Direkt 2 Speicher 3. Wasserstoffspeicher 4. Methansynthesereaktor -2 2 Dec-23 Dec-25 Dec-27 Dec-29 Dec-31 Jan-2 Jan-4 Jan-6 Jan-8 Jan-1 Speicherinhalt 15 Wasserstoffzwischenspeicher 1 5 Dec-23 Dec-25 Dec-27 Dec-29 Dec-31 Jan-2 Jan-4 Jan-6 Jan-8 Jan-1 H -Gasstrom 2 Direkt 1 H -Gasstrom 2 Speicher Produktgasstrom Methansynthesereaktor -1 Dec-23 Dec-25 Dec-27 Dec-29 Dec-31 Jan-2 Jan-4 Jan-6 Jan-8 Jan-1

15 Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken Einleitung Simulationsplattform RedSim Fallstudie Markt Fallstudie Versorgerportfolio Fallstudie Haushalt

16 Residuallast [MW] P Erz [MW] P Ver [MW] Fallstudie Versorgerportfolio Integration von Wind- und Solarenergie mit flexiblen Erzeugern, Lasten und Speicher 1. Stromverbrauch unregelbarer Verbrauch Wärmepumpen PSW Pumpe 2. Stromerzeugung 3 Lauf wasser Biomasse 2 Photov oltaik Wind 1 Biogas KWK PSW Gen 3. Residuale Last 1 Vergleich mit und ohne Einsatz flexibler Kapazitäten -1-2 Unf lexibler Ver. - unf lexible Erz. Gesamter Ver. - gesamte Erz. Mar-4 Mar-6 Mar-8 Mar-1 Mar-12 Mar-14 Mar-16 Datum

17 Selbstversorgungsanteil Eigenverbrauch Fallstudie Versorgerportfolio 3 Szenarien: Selbstversorgungs- und Eigenverbrauchsanteil, Netto-Spitzen Flexible Kapazitäten erhöhen eigene Erzeugung im Bilanzkreis Rückspeiseleistung wird stark reduziert Option bei weit fortgeschrittenem Ausbau % EE % EE Konfiguration 1 Blau: Grün: ohne flexible Kapazitäten Blau + flex. Biogas, KWK, Wärmepumpen Konfiguration 2 Konfiguration 3 Konfiguration 4 Konfiguration 3, BRD Rot: Cyan: Pink: Grün + Pumpspeicher Rot + Power-2-Gas-Anlage Rot, Einsatz nach bundesweiter Residuallast 1 % EE positive und negative Residuallastspitzen [MW]

18 Selbstversorgungsanteil Fallstudie Versorgerportfolio Szenario 22: Auswertung entsprechend Grünstromprivileg ( 39 EEG) 2 % Wind- und Solarenergie wird jeden Monat erreicht 5 % EE-Anteil wird mit flexiblen Biogasanlagen in 8 Monaten erreicht Mit Speicher (PSW) wird der mindeste EE-Anteil in 1 Monaten erreicht 1.5 Referenz Flexible Biogasverstromung PSW und flexible Biogasverstromung Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat im Jahr 22

19 Energiemanagement für Biogasanlagen und Speicher in virtuellen Kraftwerken Einleitung Simulationsplattform RedSim Fallstudie Markt Fallstudie Versorgerportfolio Fallstudie Haushalt

20 Fallstudie Haushalt Solarvergütung und Stromkosten, Entwicklung bis 22 Quelle: Fraunhofer ISE: Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, 212

21 Residuallast [kw] Residuallast [kw] Fallstudie Haushalt Haushalt mit Fotovoltaikanlage und Speicher für höheren Eigenverbrauch Vergleich: Individueller und systemorientierter Speicherbetrieb 4 1. Ladung/Entladung in Abhängigkeit vom individuellen und aktuellen Netto: 2-2 PV Erzeugung PV Eigenv erbrauch Batterie laden -4 Batterie entladen Netzeinspeisung 4 Netzbezug Verbrauch 2. Ladung/Entladung mit Tagesplanung, Integration in ein virtuelles Kraftwerk: 2-2 Residuallast -4 Jul-17 Jul-18 Jul-19 Jul-2 Jul-21 Jul-22 Jul-23 Jul-24 Datum

22 Fallstudie Haushalt Auswertung des Netto-Profils Rückspeisung Netzbezug 1. Haushalt mit PV-Anlage ohne Speicher 2. Haushalt mit PV-Anlage mit Speicher ohne Planung des Speicherbetriebs 3. Haushalt mit PV-Anlage mit Speicher und Planung des Speicherbetriebs 1 % 98 % 95 % Wertebereich Nettoleistung [kw]

23 Zusammenfassung Simulation der Einsatzoptimierung Effektivität der Anlagenzusammenstellung und Wirtschaftlichkeit Flexible Biogasanlagen am Spotmarkt (und Minutenreservemarkt) Optimierte Erlöse wesentlich höher als Base-Peak-Differenz Power-2-Gas-Anlage am Strom- und Gasmarkt Preisverhältnis erlaubt manchmal Betrieb aber keine hohe Anlagenausnutzung Versorgerportfolio mit volatiler EE-Erzeugung und flexible Kapazitäten Ergänzender Anlageneinsatz erhöht den EE-Anteil in der Versorgung Haushalte mit PV-Speicher-Anlagen: Betrieb in virtuellen Kraftwerken verbessert Integration ins System

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) Patrick Hochloff Königstor 59, Kassel Tel.: