Optimize the power industry Smart Energy Day, 14. September 2012 Dr. Karl Werlen Foto: WB/ZVG 24.01.2011
Die zentrale Rolle von Speichern und Netzen für die sichere Stromversorgung Produktion und Import Speicher zur Überbrückung von «zeitlicher Distanz» Das Netz zur Überbrückung von räumlicher Distanz Die Herausforderung für eine sichere Stromversorgung: Verbrauch und Export Die Produktion findet nicht zeitgleich mit dem Verbrauch statt Die Produktion befindet sich nicht am gleichen Ort wie der Verbrauch 2
Potentiale erneuerbare Energiequellen bis 2050 «Energiezukunft Schweiz», ETH Studie November 2011 25 TWh 20 15 10 5 0 PV 10-20 Biomasse 5-8 Wasser (neu) 4-6 Wind 2-4 Geothermie 0-8 Atom ca. 25 Wasser ca. 40 3
Photovoltaik Produktion führt temporär zu hohen Produktions-Überschüssen Schweiz Import/Export ca. 5 GW Spitzenlast Schweiz 5-10 GW Photovoltaik 20 TWh Schweiz: 900 kwh/kwp Installierte Leistung: 22 GW -5 0 5 10 15 20 25 Speicher für Ausgleich Tagesschwankungen = 20-30 GWh Leistung für Laden/Entladen der Speicher ca. 10-20 GW => Kapazität von Netz und Pumpen vervielfachen oder Einsatz von dezentralen Speichern 4
Der Energiewandel führt zu fundamentalen Änderungen Production Trading Transmission/ Distribution Consumption Today s traditional value chain will break up Smart grid environment Production/ Trading Transmission/ Distribution Consumption Smart Technologies Storage 5
es braucht viel mehr 6
7
G. Dixence = ca. 1 700 GWh Jahresspeicher = ca. 14 000 GWh Speicherbedarf für 20 TWh Photovoltaik Jahresproduktion in der Schweiz Jahresspeicher ca. 14 000 GWh G. Dixence ca. 1 700 GWh Tagesspeicher ca. 25 GWh Leistungsbedarf ca. 22 GW Übertragungsnetz (heute 10 GW) Pumpleistung => Bedarf Speicher => Bedarf Netzausbau Tagesspeicher = ca. 25 GWh 8
9
Optimierung von Flexibilität Markt Termingeschäft Tagesgeschäft Spothandel OTC-Geschäfte System-DL Kraftwerke Netze, Anlagen Technische Limiten Betriebsbedingungen Meteo-Prognosen Naturgesetze Optimierung von Prozessen in der Energiewirtschaft Regulator Konzessionen Verträge Gesetze 10
Beispiel 1: MPC Regler Modell Predictive Control Fahrpläne Prognosen MPC-Regler Optimierung (mathematisches Prozessmodell) Optimale Sollwerte Prozess- Leitsystem Optimale Sollwerte Maschinen Anlagen Prozess- Daten Prozess- Daten 11
Beispiele MPC - Regler Reusskaskade seit 2008 1 150 GWh/a Wallis/Rhone Start 2012 680 GWh/a Leventinakette Testbetrieb 750 GWh/a Swiss-Map: GPL/GNU 12
Beispiel 2: WARMup Projekt Optimierung im Wärmepool 13
WARMup Projekt in a nutshell Zentrales Element = Übergeordnete Optimierung von Speichern im Wärmepool Intelligentes System / SmartGrid Nutzung der Flexibilität von Kälte-/Wärmespeichern Regelenergie anbieten (SDL, Tertiär-Regelleistung) Ausgleichsenergie optimieren Günstiger Einkauf durch strukturierte Beschaffung Anwendungen / mögliche Kunden Stromgrosskunden Industriebetriebe Wärmeverbund / Anergienetze Gebäude
Ziele Etappe 1 Feb 2012 bis August 2013 Machbarkeit technisch und wirtschaftlich Bau eines Simulators (Software) Evaluation von realen Szenarien / kritische Parameter Entscheidungsgrundlage für Etappe 2 (Pilotprojekt)
Simulator Anlagen Wärmepumpen Leitsystem Pooling Bestellungen Angebote Prognosen Markt Bedarf Last Markt 16
Erste Ergebnisse Simulation mit 5 000 Boilern Stadt Zürich Gesteuert mit Wärmepumpen Verwertung von Tertiärregelleistung Jahreserträge ca. 500 000 CHF 17
Beispiel 3: Bewertungen Neubau- und Umbauprojekte Pumpspeicheranlagen Dammerhöhungen Gewässerschutzmassnahmen 18
Benchmark für Walliser Wasserkraft 19
Jahresindex pro Kraftwerk 20
business potential for pioneers