Erneuerbare Energieerzeugung in Deutschland Stand, Ziele und Aktivitäten

Electrical Engineering and Systems Technology Erneuerbare Energieerzeugung in Deutschland Stand, Ziele und Aktivitäten Kassel DeMoTec 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. Dipl. Ing. Reinhard Mackensen, Dr. Ing Kurt Rohrig, Dipl.-Ing. Patrick Hochloff 1 www.iset.uni-kassel.de 17.06.2009

2 Electrical Engineering and Systems Technology 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. www.iset.uni-kassel.de Foundation Main Focus Executive Board Kassel DeMoTec Hanau 1988 as so-called associate institute at the University of Kassel since 1995 second location in Hanau Wind Energy Photovoltaics Bio Energy Hydro Power and Marine Energies Energy Conversion and Storages Static Converters Hybrid Systems Energy Economy Prof. Dr. Jürgen Schmid Prof. Dr. Peter Zacharias Dr. Oliver Führer

ISET s Position in the R&D Process Electrical Engineering and Systems Technology for the Use of Renewable Energies and Decentral Energy Supply 3 Applications oriented Research and Development Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.v. www.iset.uni-kassel.de Applications-oriented Research and Development Basic Research in Engineering Sciences Contract Research and Development Demonstration and Consulting Information and Training Standardization and Certification Technology Electrical Engineering and Systems Power Electronics Control Engineering Process Technology Information Systems

Outline Strom aus erneuerbaren Energiequellen Aufgabenstellung Integration Prognosen von Windstromeinspeisung Forschungsprojekte Zusammenfassung und Ausblick 4

Strom aus erneuerbaren Energiequellen 2008 betrug der Anteil erneuerbarer Energieerzeugunger am Stromverbrauch in Deutschland 93 TWh (ca. 15%) Quelle: BMU, Entwicklung EE 2008 5

Strom aus erneuerbaren Energiequellen Quelle: BMU, Leitstudie 2008 6

Outline Strom aus erneuerbaren Energiequellen Aufgabenstellung Integration Prognosen von Windstromeinspeisung Forschungsprojekte Zusammenfassung und Ausblick 7

Aufgabenstellung Integration Installed Capacity [MW] 2008 produzierten mehr als 20.000 Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von 23,7 GW etwa 41 TWh 8

Aufgabenstellung Integration 60000 50000 Last Total Demand Last - Wind Conventional production Powerproduction Leistung [MW] [MW] 40000 30000 20000 10000 0 0 24 48 72 96 120 144 Hours Stunden 9 Quelle: Rohig, ISET, 2007

Aufgabenstellung Integration 60000 50000 Last Total Demand Last - Wind Conventional production Powerproduction Leistung [MW] [MW] 40000 30000 20000 10000 0 Fluktuierende E-Erzeugung kann den Bedarf an konventioneller Erzeugung auf null reduzieren 0 24 48 72 96 120 144 Source: Stromtransport 2012, study German TSO Hohe E-Einspeisung und hohe Lasten verursachen hohe Transporte Hours Stunden Conventional power production EEG, CHP production Demand Powerflows near transmission capacity Powerflows in normal range 10

Outline Strom aus erneuerbaren Energiequellen Aufgabenstellung Integration Prognosen von Windstromeinspeisung Forschungsprojekte Zusammenfassung und Ausblick 11

Prognosen von Windstromeinspeisung 12000 10000 Messung Prognose D+1 8000 Leistung [MW] 6000 4000 2000 0 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 Tag Prognosegenauigkeit steigt mit der Größe des betrachteten Gebiets 12

Prognosen von Windstromeinspeisung Eintreffen von Extremereignissen und Sturmabschaltung Kyrill, 18. Januar 2007 Source: RWE Transportnetz Strom GmbH 13

Prognosen von Windstromeinspeisung Installed Capacity [MW] Quelle: BMU, Leitstudie 2008, BSH 14 Volllaststunden pro Windpark Onshore 2000h/a Offshore 4000h/a Erwartete Installationszahlen 2020 Onshore 30 GW Offshore 10 GW

Outline Strom aus erneuerbaren Energiequellen Aufgabenstellung Integration Prognosen von Windstromeinspeisung Forschungsprojekte Zusammenfassung und Ausblick 15

Forschungsprojekte Wind on the Grid Entwicklung Wind Farm Cluster Management System. Demonstration verschiedener Kontrollstrategien wie Fahrplantreue und Regelleistungsvorgaben Blindleistungsregelung und Spannungsvorgaben Integration in Spanien und Portugal sowie Feldtests Partner: Red Eléctrica de España, Enercon, Iberdrola Energías Renovables, Deloitte, Redes Energéticas Nacionais, Korona Power Engineering, Gamesa Wind Engineering Gefördert durch die Europäische Union 16

Forschungsprojekte Wind on the Grid Aggregation von Windparks, die an einem Höchstspannungsknoten angeschlossen sind Windenergieanlagen Windparks Cluster Kraftwerksähnliche Eigenschaften für Windenergie 17

Forschungsprojekte Wind on the Grid 18

Control Strategies of the WCMS Active power limitation P [MW] Probability band 300 200 Short-term forecast Long-term forecast 100 t t+1 t+2 t+3 t+4 t+5 t+6 t+7 Time P [MW] 300 200 Short-term forecast Probability band Long-term forecast Active power limitation 100 t+1 t+2 Time 19

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Grundidee ist Deutschlands Strombedarf mit erneuerbaren Energien zu decken Es stellen sich zwei Fragen 1. Potential: Ist eine solche Versorgung prinzipiell möglich? 2. Verfügbarkeit: Kann die Versorgung zu jedem Zeitpunkt aufrecht erhalten werden? 20

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Wind Photovoltaik Biomasseverstromung Energiespeicher 60 GW onshore, 2800 h Volll. 30 GW offshore, 4000 h Volll. 70 GW (entspr. der Nutzung von 20% der Hausdächer) 40 GW CHP (entspr. 16,8% der landwirtsch. Nutzfläche) 10 GW für 80 Stunden Import/Export 10 GW 21

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Power generation in Germany [TWh/a] Conventional powerplants Wind onshore Wind offshore Biogas PV Hydro Waste incineration, decentralized CHP 2006 536,1 363,4 30,5 0 18,6 2,0 21,6 100 Future (2050) 573 0 168 120 100 60 25 100 Source: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld, ISET, July 2007 22

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Virtuelles Kraftwerk, reale Energie Verbrauchszahlen Deutschland von 2006. Kombination von Wind, PV, Biogas und Energiespeicher. Skalierung 1/10000. Wind Solar Biogas Hydro Import /Export 12,6 MW 5,5 MW 4,0 MW 1,0 MW 1,0 MW 23

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk 24

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Simulation mit einem durchschnittlichen Windjahr Demand Wind PV Biogas Hydro Import 41.124 MWh 22.328 MWh 6.153 MWh 12.028 MWh 322 MWh 355 MWh Importe Ungenutzter Windstrom www.kombikraftwerk.de 25

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Niedrige PV Einspeisung Demand Wind PV Biogas Hydro Import 41.124 MWh 24.176 MWh 1.682 MWh 11.626 MWh 1.663 MWh 1.977 MWh Hohe Importe im Sommer Geringere Anteile ungenutzter Wind 26

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Simulation mit hohem Speicheranteil Demand Wind PV Biogas Hydro Import 41.124 MWh 22.283 MWh 6.153 MWh 11.270 MWh 1.363 MWh 56 MWh Mittlere Anteile ungenutzter Wind www.kombikraftwerk.de 27

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Deckung des Bedarfs mit den erstellten Szenarien möglich Anteile ungenutzter Wind in allen Szenarien vorhanden Alternative Nutzungsarten wie Elektromobiliät sinnvoll Photovoltaik sinnvoll zur Deckung der Mittagspitzenlast System erfordert Stromspeicherung und/oder Transporte Weitergehende Untersuchung nötig (Netzberechnung, Marktmodelle) 28

Forschungsprojekte Das Regenerative Kombikraftwerk Deckung des Bedarfs mit den erstellten Szenarien möglich Anteile ungenutzter Wind in allen Szenarien vorhanden Alternative Nutzungsarten wie Elektromobiliät sinnvoll Photovoltaik sinnvoll zur Deckung der Mittagspitzenlast System erfordert Stromspeicherung und/oder Transporte Weitergehende Untersuchung nötig (Netzberechnung, Marktmodelle) 29

Landkreis Harz 30

Innovation dezentrales Energiemanagement Regenerativkraftwerk Harz (RKWH) Strommärkte, Netzbetreiber, Versorger Kontrollkommunikation Markt- und Konfigurationskommunikation EE-Erzeuger Steuerbare Lasten Speicher Kommunikationsstandards zur Überwachung und Steuerung Protokolle und Übertragungsverfahren Fehlerschutz und Sicherheit Zustandserfassung und Prognosen 31

Begleitforschung Integrationsbonus Das Ziel des Integrations-Bonus ist die Entwicklung von Technologien und deren Nutzung zur bedarfsorientierten Einspeisung von Strom aus Erneuerbaren Energien. Bonus = Bedarfskomponente + Technologiekomponente Bedarfskomponente als Anreiz zur Verlagerung der Einspeisung, wird bei EEG- Einspeisung gezahlt Regenerative Kombikraftwerke in der festen EEG-Einspeisevergütung (Alle Erzeuger) Voraussetzung: Fahrplanmeldung an Netzbetreiber 2 ct/kwh für eingespeiste Energie in Zeiten hohen Bedarfs, für entnommene Energie durch Stromspeicher in Zeiten niedrigen Bedarfs Technologiekomponente als Technikförderung, unabhängig von der EEG Einspeisung (also auch bei Direktvermarktung) jährlicher Investitionszuschuss für die ersten 10 Betriebsjahre Voraussetzung: Speicherbetrieb nur mit EE aus Kombikraftwerk 32

Begleitforschung Integrationsbonus Bestimmung der residualen Last Festlegung der RL an Zentraler Stelle residuale Last (RL) = Standardlastprofil Einspeiseprognose (Wind + PV) acht Stunden höchste RL (HRL) rote Felder acht Stunden niedrigste RL (NRL) gelbe Felder 33

Begleitforschung Integrationsbonus Stromspeicher (mit EEG-Stromerzeuger): P [kw] Verlagerung der Einspeisung verlagerte Energie mit Bedarfskomponente vergütete Energie Einspeise- bzw. Entnahmeprofil P ein 0 t [h] P ent NRL-Zeit (8h pro Tag) übrige Zeit (8h pro Tag) HRL-Zeit (8h pro Tag) 34

Outline Strom aus erneuerbaren Energiequellen Aufgabenstellung Integration Prognosen von Windstromeinspeisung Forschungsprojekte Zusammenfassung und Ausblick 35

Zusammenfassung und Ausblick Wachstum der erneuerbaren Energien übertraf Prognosen in der Vergangenheit Weiterhin hochgesteckte Ziele für den Ausbau von EE Hohe Anteile erneuerbarer Erzeugung bedingen Speicherung und/oder Energietransporte Ausbau von EE bedingt Übernahme von Systemdienstleistungen Für die Integration fluktuierender Erzeuger sind verlässliche Prognosen notwendig Untersuchung von weitgehendem Repowering onshore nötig Entwicklungen auf kommunaler Ebene (www.deenet.org) Weitere Verwertungsfelder werden erschlossen (E-Mobilität und Last Management) Erschließung von Speichertechniken (Adiabate Druckluftspeicher) Großräumige Energieverbünde 36

Electrical Engineering and Systems Technology Danke für Ihre Aufmerksamkeit! for the Use of Renewable Energies and Decentral Energy Supply Applications-oriented Research and Development 37 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.v. www.iset.uni-kassel.de Reinhard Mackensen Königstor 59 D-34119 Kassel rmackensen@iset.uni-kassel.de +49 (0)561-7294-245