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Ausbau eines zukunftsfähigen Energiemix aus erneuerbaren und fossilen Energien in Hessen

Prof. Dr. R. Simon

Januar 2012

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Gesellschafter der Simon Process Engineering GmbH

Wissenschaftlicher Leiter der Transferstelle für rationelle u. regenerative Energienutzung

Gesellschafter der SP Energycontrol GmbH

S i P ESimon ProcessEngineering GmbH

Prof. Dr. Ralf Simon

Hochschullehrer der Fachhochschule Bingen

Energiebeirat des Landes Rheinland – Pfalzzur Beratung der Landesregierung in energie- politischen Fragen

simon@tsb-energie.de

Gesellschafter der Simon Management Systems GmbH

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Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft

Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein

Bedeutung der Stromspeicherung

Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks

Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

4Quelle: Schmid J., IWES Kassel Jun. 2010

Nutzenergiebereitstellung für Wärme aus erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2050

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Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050

Quelle: Schmid J., IWES Kassel Jun. 2010

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Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050

Regenerative Energiewirtschaft kommt

notwendig: 1. rationelle Energienutzung2. alle EE – Typen werden benötigt, v. a.

fluktuierende Stromerzeuger sind die zu-künftige Basis der Stromwirtschaft

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Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft

Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein

Bedeutung der Stromspeicherung

Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks

Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

8BMWi, 2010

durchschnittliche Preissteigerung zw. 2000 und 2009 um 9,1 % pro Jahr

Entwicklung der Strompreise für Industriekunden

9BMWi, 2010

durchschnittliche Preissteigerung 2000 und 2009 um 9,8 % pro Jahr

Entwicklung der Gaspreise für Industriekunden

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Fazit:

wenn wir in den Unternehmen nichts tun, verdoppeln sich die derzeitigen Energieausgaben für Unternehmen in weniger als 8 Jahren

die Steigerung der Energieeffizienz der Unternehmen ist ein wesentlicher Wettbewerbsvorteil

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Ziel: Realisieren der umfangreichen Effizienzverbesserungspotenziale in der Industrie

• Ab 2013 werden Steuerermäßigungen im Bereich der Energie- und Stromsteuern mit einem nachweisbaren Beitrag zur Energie-einsparung gekoppelt.

• Effizienzpotenziale sollen sichtbar gemacht werden.

DIN EN 16001 bzw. ISO 50001

Gesetzliche Rahmenbedinungen

Einführung von Energiemanagmentsystemen

Energiekonzept der Bundesregierung, verabschiedet im Bundestag und Bundesrat am 28.09.2010

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Ziel: Realisieren der umfangreichen Effizienzverbesserungspotenziale in der Industrie

• Ab 2013 werden Steuerermäßigungen im Bereich der Energie- und Stromsteuern mit einem nachweisbaren Beitrag zur Energie-einsparung gekoppelt.

• Effizienzpotenziale sollen sichtbar gemacht werden.

DIN EN 16001 bzw. ISO 50001

Gesetzliche Rahmenbedinungen

Einführung von Energiemanagmentsystemen

Energiekonzept der Bundesregierung, verabschiedet im Bundestag und Bundesrat am 28.09.2010

1. Referentenentwurf des BMF zu den energiesteuer-lichen Entlastungen vorgestellt am 2. Energiesteuer-tag vom 25.11.2011

Eckpunkte:

Stufe 1 ab 2013: Start der Einführung von EnMS als Voraussetzung für Entlastungen. Abschluss bis spätestens Ende 2014

Stufe 2 ab 2015: Erreichen von konkreten Einspar-zielen der Unternehmen (0,9 % bei Energieerzeug-nissen, 1,3% bei Strom)

z. Z. in Ressortabstimmung. Kabinettsitzung am 15.02.2012 vorgesehen. Abschluss des Gesetz-gebungsverfahrens vor parlamentarischer Sommer-pause 2012

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Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft

Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein

Bedeutung der Stromspeicherung

Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks

Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

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Herausforderung: Regelfähigkeit und Stromspeicherung

Bildquelle: BMU Leitstudie 2050; EE – Anteil 78%

Zukünftige residuale Last verlangt Strom-speicher verschiedenster Art

Speicher sollten, um auch im Bereich der Spannungshaltung einsetzbar zu sein, dezentral sein.

Dezentrale Speicher brauchen eine Ein-bindung in ein smart Grid / virtuelles Kraftwerk

Residuale Last = Last minus ungesteuerte EE- Einspeisung minus ungesteuerte KWK - Einspeisung

15Quelle: neue energie, November 2011

Flächendeckende Abschaltungen von Windkraftanlagen finden heute schon statt.

Abschaltungen in 2010

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Stromspeicher 1 – Batterie bzw. Akkumulator

Batterie als Stromspeicher z. Z. teuer

Zukunftsthema

bei der Geschwindigkeit des Ausbaus der fluktuierenden EE muss die Ge-schwindigkeit der Batterieentwicklung deutlich erhöht werden

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Stromspeicher 2 - Pumpspeicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerke bewährte Technik der zentral versorgten Stromwelt.

keine dezentrale Lösung, nur im Sinne der Frequenzhaltung einsetzbar. Keine Spannungssteuerung im Verteilnetz möglich

lange Bauzeiten, hohe Startinvestitionenzu wenig geeignete Möglichkeiten

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Stromspeicher 3 – Sabatier - Effekt

Hohes Potential, Im MegaWatt – Bereich als Prototyp im Aufbau, als Langzeitspeicher geeignet.

Erhöhung des Wirkungsgrads notwendig

Bildquelle, JUWI bzw. Specht, ZSW 2009

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Stromspeicher 4 – virtueller Stromspeicher

Wärme Gas

Strom

EHeizer, WP

KWK

Elektrolyse+ Sabatier

SpeicherSpeicher

Speicher

Druckluft Kälte Produktion

Speicher Speicher Speicher

Indu

strie

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erbe

Ver

sorg

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netz

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unvollständige Darstellung

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Ausnutzen vorhandener Strukturen, wie KWK, Laststeuerung1, industrielle Kältespeicher, industrielle Druckluftspeicher2, elektrische Wärmeerzeuger wie Wärmepumpe, Elektroheizer mit Speicher

Win-Win-Situation zwischen Verteilnetzbetreiber und ansässiger Industrie / Gewerbe Symbiose zwischen Versorger und Industrie zum optimierten Netzmanagement

Stromspeicher 4 – virtueller Stromspeicher

1: kommt aus dem Energiemanagementsystem, das z. Z. in vielen Firmen eingeführt wird2: z. Z. werden Druckluftspeicher, Druckluftnetze während der Produktion genutzt. Warum

sollten nicht während Phasen des Stromüberschusses nutzbar sein? Gleiches gilt für Kältespeicher

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Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft

Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein

Bedeutung der Stromspeicherung

Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks

Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

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Überregionale Lieferung von Regelenergie durch einvirtuelles Kraftwerk

Virtuelles Kraftwerk made in Rheinland-Pfalz

Heute: Betrieb und Weiterentwicklung von diversen virtuellen Kraftwerken in Deutschland

Systembereitsteller

gefördert vomMinisterium für Umwelt, Forsten u. Verbraucherschutz (MUFV), Rheinland-Pfalz

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Positive Richtung Negative Richtung

Stromerzeuger(z.B. Kraftwerke, Notstrom-Diesel, etc.)

Stromverbraucher(z.B. Elektrolysen, Schmelzöfen, etc.) (z.B. Mühlen, Pumpen, Verdichter, etc.)

Stromverbraucher

Stromerzeuger (z.B. Kraftwerke, BHKW-Anlage, etc.)

Leistung erhöhen oder „EIN“ Leistung absenken oder „AUS“

Last absenken oder „AUS“ Last erhöhen oder „EIN“

Verbrauch= Unterspeisung

Erzeugung> Verbrauch= Überspeisung

Erzeugung<

Möglichkeiten der Fahrweisenänderung

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Märkte für flexible Erzeuger und Verbraucher im virtuellen Kraftwerk

im Bereich der Regelenergie (ÜNB)• Primärregelleistung • Sekundärregelleistung• Minutenreserve

im Bereich des Stromhandels• Marktorientierte Fahrweise von Anlagen• Direktvermarktung EEG – Anlage (Regelenergie, Flexprämie,

Optimierung des Marktprämiemodells)

im Bereich der Ausgleichsenergie (Bilanzkreis)• Bilanzkreismanagement• Reservestrommärkte

im Bereich der Netzentgelde• EnWG §14a (vielleicht zukünftig)

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Markt: Minutenreserve – technische Anforderungen

bei umfangreichen oder länger andauernden Störungen oder zur Ablösung der Sekundärregelleistung

positive und negative Minutenreserve getrennt ausgeschrieben

Aufruf: telefonischAn- und Abfahrzeit: 15 minMindestleistung: 10 MW (Inkrement in 1 MW-Schritten)

Ausschreibung: täglich für 6 Zeitscheiben a 4 Stunden

Vertragsdauer: 4 Stunden

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Markt: Minutenreserve – technische Anforderungen

bei umfangreichen oder länger andauernden Störungen oder zur Ablösung der Sekundärregelleistung

positive und negative Minutenreserve getrennt ausgeschrieben

Aufruf: telefonischAn- und Abfahrzeit: 15 minMindestleistung: 10 MW (Inkrement in 1 MW-Schritten)

Ausschreibung: täglich für 6 Zeitscheiben a 4 Stunden

Vertragsdauer: 4 Stunden

Änderungen vom 18.10.2011

- automatischer Datenaustausch zur Aktivierung von Minutenreserve ab dem 02.07.2012

- Mindestangebotsgröße ab dem 02.07.2012 nur noch 5 MW

- Regelzonenübergreifendes Poolen von Anlagen ist zur Erreichung der Mindestangebotsgröße zulässig

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Positive Minutenreserve – Ausschreibungsergebnisse 2011

Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von 2.751 €/MW a gezahlt1

Arbeitspreis:mittleres Ergebnis: für erzeugten Strom wird im Jahresmittel ein Betrag von 371 €/MWh gezahlt1

www.energycontrol24.de

1 hochgerechnet auf dem Stand vom 27.12.2011

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Negative Minutenreserve – Ausschreibungsergebnisse 2011

www.energycontrol24.de

Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von 36.774 €/MW a gezahlt1

Arbeitspreis:mittleres Ergebnis: für aufgenommenen bzw. nicht erzeugten Strom wird im Jahresmittel ein Betrag von 71 €/MWh gezahlt1

1 hochgerechnet auf dem Stand vom 27.12.2011

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Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft

Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein

Bedeutung der Stromspeicherung

Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks

Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

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Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken-haus, usw.

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Daten der Wärmepumpe

Wärmeleistung: 350 kWCOP 3,0Speicher 10.000 l

Strompreis 0,135 €/kWh (ohne MwSt.)

Ansatz Aufteilung Leistungspreis 70% / 30%zwischen Contractor und Händler

Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken-haus, usw.

www.energycontrol24.de

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Simulationsergebnisse

Fall 2: besondere Marktstrategie des Händlersd.h. Arbeitspreis so wählen, dass ein Aufruf sicherd.h. Leistungspreis so wählen, dass Pool in Vorhaltung

Betriebskosten in €/a

Kosten Strombezug 28.131Einnahmen virtuelles Kraftwerk -8.795Betriebskosten 19.336

Aufschlüsselung der EinnahmenEinnahmen MR Leistungspreis -2.424eingesparte Stromkosten -6.371MR Arbeitspreis 0Gesamt -8.795

Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken-haus, usw.

Basis: MRL Preise in 2010 www.energycontrol24.de

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Beispiel 2: BHKW im virtuellen Kraftwerk

www.energycontrol24.de

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Beispiel 2: Erlöspotentiale bei der Stromvermarktung mit Minutenreserve

www.energycontrol24.de

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• lokal optimierte Energieversorgungssysteme schaffen• Ressourcenschonung• Umweltentlastung• Wertschöpfung• Kundenbindung

• Flexible Nutzung unterschiedlicher – heute schon vorhandener – virtueller Speicher sinnvoll

• Vernetzung der vorhandenen Infrastrukturen heute schon wirtschaftlich

Fazit

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Einladung zur: „Fachtagung Kommunaler Klimaschutz“

am 09.02.2012

Anmeldung und weitere Informationen unter:

www.tsb-energie.de

Wo: Fachhochschule Bingen

Wann: 09.02.201209:30 – 16:00 h