Dr. Kurt Rohrig, Bereichsleiter, ISET

, Frankfurt, 20.8.2008 Electrical Engineering and Systems Technology Regenerative Modellregion Harz: Klimaschutz und Kassel DeMoTec Energieeffizienz durch moderne Informations- und Kommunikationstechnologien Hanau for the Use of Renewable Energies and Decentral Energy Supply Applications oriented Research and Development Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.v. Dr. Kurt Rohrig, Bereichsleiter, ISET www.iset.uni-kassel.de

Einleitung Stand der Technik Regenerative Modellregion Harz Ausblick

Elektro- und Systemtechnik Kassel DeMoTec Hanau für die Nutzung Erneuerbarer Energien und die Dezentrale Energieversorgung Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.v. www.iset.uni-kassel.de Gründung Schwerpunkte Vorstand 1988 als An-Institut der Universität Kassel seit 1995 zweiter Standort in Hanau Windenergie Photovoltaik Biomassenutzung Wasserkraft und Meeresenergie Energiewandlung und Speicher Stromrichtertechnik Hybridsysteme Energiewirtschaft Prof. Dr. Jürgen Schmid (Vors.) Prof. Dr. habil. Peter Zacharias Dr. Oliver Führer

20% jährl. Wachstum EE 2,5% Zuwachs el. Verbrauch

Einleitung Software und Systemlösungen zur Netzintegration der Windenergie ÜNB- Leittechnik Nennleistung [MW] Umspannwerk (UW 1) Leitrechner Windpark WP- RBE 1 Funk- Modem Leittechnik Leittechnik Leitrechner Windpark Windpark 1 14.490 16.470 18.290 20.000 15.000 GSL HS-Ebene ÜKL Umspannwerk (UW 2) WP- RBE 2 Funk- Modem Windpark n 11.850 HSL Umspannwerk (UW n) WP- RBE n Funk- Modem WP-Istwerte (P, Q, P ) verf. Wetterprognosedaten Regeneratives WPCMS8.670 Kombi-Kraftwerk 10.000 Prognose-Tool WPRBE- Kopfstation Funkmodemkommunikation WP-Sollwerte P, Q 6.050 WPCC Windleistungsprognose t, P, Q Netz berechnungstool 2.040 1.520 1.090 2.830 4.380 Windpark-Cluster-Management GUI 5.000 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Online-Erfassung und Prognose Datenquelle: ISET, IWET 0

Einleitung 60000 Last 50000 Last - Wind 40000 Leistung [MW] 30000 20000 10000 konv. Erzeugung = Last - Windenergie 0 0 24 48 72 96 120 144 Stunden

Stand der Technik EE Bilanzkreis Netzbetrieb Spannungs- und Frequenzhaltung Energietransport and Engpassmanagement 80 Erfordert innovative Betriebsführung für Windparks und Windpark-Cluster sowie die Kenntnis der aktuellen Leistung [MW] 70 60 50 40 30 20 10 unbeeinflusst begrenzt und zu erwartenden Erzeugung aus Wind (EE) 0 13.01 14.01 15.01 16.01 17.01 18.01 Zeit

Stand der Technik Prognosesystem WPMS E.ON Netz, Vattenfall Europe Transmission, RWE Transportnetz Strom, EnBW Transportnetze, Verbund Österreich, TERNA Italien, Ägypten, Zafarana, National Grid, England Jilin, China Wind FarmCluster Management WCMS

Stand der Technik 60000 Last 50000 Last - Wind 40000 Leistung [MW] 30000 20000 10000 0 Morgen: konv. Erzeugung = Last Windenergie = 0!! 0 24 48 72 96 120 144 Stunden

Stand der Technik Windstrom-Transport Reelle Netzteile 380/220kV Wide Area Monitoring Winde Area Protection Dynamic Security Assessment Großräumiger Ausgleich durch Stromtransport über weite Stecken

Das Regenerative Kombikraftwerk Leistungsfähigkeit und gute Regelbarkeit eines Regenerativen Kombikraftwerks aus real bestehenden Anlagen unter Beweis stellen Das Potenzial und die Fähigkeit der Erneuerbaren Energien für eine rein regenerative (elektrische) Vollversorgung in Deutschland demonstrieren

Das Regenerative Kombikraftwerk Agents Load Wind Biogas PV Hydro Import/Export Energiemanagement Ergebnis Steuerung Webservice Webservice Erzeuger Steuerung Leitwarte

Das Regenerative Kombikraftwerk Deckung der Lastkurve Deutschlands 1/10000 zu jedem Zeitpunkt Steuerung realer Anlagen Wind Solar Biogas Hydro Import /Export 12,6 MW 5,5 MW 4,0 MW 1,0 MW 1,0 MW

Regenerative Modellregion Harz Landkreis Harz

Regenerative Modellregion Harz Klimaschutz: Weiterer Ausbau der Erneuerbaren Energien Versorgungssicherheit: Netzzustandsüberwachung, Aktiver Beitrag der Erzeuger, Speicher und Verbraucher Wettbewerb: Unterstützung des Liberalisierungs-Prozesses

Regenerative Modellregion Harz Anzahl PN [MW] PV Wind BHKW Speicher Haushalte Industrie Elektro KFZ 118 (500) 135 (185) 52 (100) 1 (2) 100 (1000) 20 (40) 3 (100) 2 (10) 250 (350) 12 (25) 80 (180) 0,5 (5) 100 (200) 0,03 (1) aktuell (zukünftig)

Regenerative Modellregion Harz Regenerativkraftwerk Harz Energiemarkt, Netzbetreiber, Versorger Device Control Market Information Erzeuger Steuerbare Lasten Speicher

Regenerative Modellregion Harz Windpark 1 Umspannwerk (UW 1) Leittechnik Leitrechner Windpark P,Q ÜNB- Leittechnik WP- RBE 1 Funk- Modem Leittechnik Leitrechner Windpark GSL HS-Ebene ÜKL Umspannwerk (UW 2) WP- RBE 2 Funk- Modem Windpark n 180 160 140 120 cluster cluster new wind farm wind farm control Umspannwerk (UW n) WP- RBE n Funk- Modem Wetterprognosedaten WPCMS Power [MW] 100 80 60 40 20 HSL WP-Istwerte (P, Q, P ) verf. Prognose-Tool 0 23:15 01:15 03:15 05:15 07:15 09:15 11:15 13:15 15:15 Time 6000 WPRBE- Kopfstation Funkmodemkommunikation WP-Sollwerte P, Q WPCC Windleistungsprognose t, P, Q Netz berechnungstool Power [MW] 5000 4000 3000 Reserve Power Reduced Power 2000 GUI 1000 Cluster-Management: Betriebsführung großer Windpark-Cluster 0 06.10.2003 07.10.2003 08.10.2003 09.10.2003 10.10.2003 Time Cluster-Management: neue Betriebsführungsstrategien durch Zusammenfassung von großen WP zu Clustern im GW-Bereich

Regenerative Modellregion Harz 70 60 Biogas Wind 50 Leistung [MW] 40 30 70 20 60 10 50 0 1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 Stunden Leistung [MW] 40 30 Wind Biogas Kombi 20 10 0 1 761 1521 2281 3041 3801 4561 5321 6081 6841 7601 8361 Stunden Generation Mix: 80(60) MW Wind - 20 MW Biogas CHP

Landwirtschaftszentrum Eichhof in Bad Hersfeld Notstromaggregat Mikrogasturbine Getreidefeuerung Verschiedene Quellen Abschaltbare Verbraucher bzw. Verbrauchergruppen Schaltelemente Informationsinfrastruktur DSL BEMI (Wärmenetz) (Gasnetz) BEMI Elektronische Vernetzung der Energieerzeuger und Verbraucher: Vermeidung von Leistungsspitzen, dadurch Kosteneinsparungen Blockheizkr aftwerk Photovolt aikanlage Fördergeber HMWVL und HMULV

Regenerative Modellregion Harz P ÜBERTRAGUNGSNETZ - Frequenzhaltung - Spannungshaltung - Fahrplanmanagement - Versorgungswiederaufbau - Betriebsführung Messgrößen: - f globaler Parameter - U, I lokale Parameter - t globaler Zeitstempel P t PMU U, I, f, t U, I, f, t PMU RKWH t PCC 2 U, I, f, t PCC 3 PMU P t VERTEILNETZ PCC 1 P,Q Kommunikationsinfrastruktur für Netzmonitoring erhöhte Bilanzierungsgenauigkeit der Region erhöhte Sicherheit beim Entscheidungsprozess automatisierte Dienstleistungsbereitstellung Koordinierung von Erzeugung und Verbrauch Aktive Unterstützung des Netzbetriebs

Aktive Unterstützung des Netzbetriebs Cluster B Cluster A Feldtest in Niedersachsen, Brandenburg, Spanien, Portugal Wind Farm 110-kV-bus 110 kv grid 380 kv-bus

Regenerative Modellregion Harz Regelung des Verbrauchs über Preissignale Information über Verbrauchsprozesse Anbindung an Preisprognose (Marktsystem) IKT RKWH ÜNB / VNB Elektrische Energie Gasnetzbetreiber Kontrollkommunikation Markt- und Konfigurationskommunikation

Regenerative Modellregion Harz 4,00 3,50 3,00 Leistung [GW] 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Stunde Waschmaschine Wäschetrockner Spülmaschine Lastprofil energieintensiver Gerätealler Haushalte in Deutschland Quelle: Stadler für dena II

Designzentrum Modulare Versorgungstechnik - DeMoTec

Regenerative Modellregion Harz IKT RKWH ÜNB / VNB Kontrollkommunikation Markt- und Konfigurationskommunikation Verteilter Speicher für fluktuierende regenerative Einspeisung als Kombination von Mobilität und Systemdienstleistungen Kontrollkommunikation zur Ansteuerung der mobilen Speicher Zustandsmanagement zur Sicherung der Mobilitätsfunktion

Rolle der Speicher 1400 1200 1000 Speicherkapazität von 186 GWh Speicherleistung 6,7 GW Leistung Turbine [MW] 800 600 400 Pumpspeicher in Deutschland 200 0 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 Volllaststunden Erschließung von existierenden und neuen Speichertechologien (V2G)

Regenerative Modellregion Harz Prognosen EEG-Einspeisung Lastprofil Wärmeprofil Strompreise Anbieter Anlagenbetreiber Marktplattform Nutzer Haushalte Marktplatz Broker Versorger ÜNB VNB Geschäftsmodelle Finanzielle Anreize: (dynamische) Tarife Bonus / Malus oder direkte Ansteuerung Benchmark: EEG KWKG Bisherige Tarife Industrie Gewerbe EEG- Anlagen Speicher Produkte Primärregelung Sekundärregelung Minutenreserve Weitere Systemdienstleist. Strombörse Spot / Intraday OTC Ökostrom anbieterspezifischer Informationsfluss Informationsfluss über Marktplatz / IKT-Technologie Abhängigkeit im Rahmen des Geschäftsmodells

Ausblick

Danke für ihre Aufmerksamkeit