Fakultät für Elektrotechnik und InformationstechnikLehrstuhl für Energiesysteme und EnergiewirtschaftProf. Dr.-Ing. E. Handschin

Universität Dortmund

Dezentrale Energieumwandlung in Deutschland

Technische Grundlagen,Wirtschaftlichkeit und Regulierung

Dipl.-Ing. Jens Bömer

Universidad de Chile

Santiago de Chile

26. April 2005

2

Inhalt

Einführung

Entwicklung von dezentraler Energieumwandlung in Deutschland

Regulierung

Technische Erfahrungen

Zusammenfassung

3

Netto-Stromverbrauch 521 TWhHandel, Gewerbe, Dienstleistungen

27%

Private Haushalte27%

Industrie46%

Kennzahlen der Stromerzeugungin Deutschland 2003

Brutto-Stromerzeugung 597 TWh

Steinkohle24%

Kernenergie27%

Enereuerbare Energien

8%

Erdgas10%

Braunkohle27%

Heizöl/Sonstige4%

Erneuerbare Energien 45 TWh

Wasser46%

Abfälle4%

Fotovoltaik1%

Wind41%

Biomasse8%

Quelle: IEA

4

Entwicklung des bestehendenKraftwerksbestands bis 2030

Ersatz investitionen

?

Ersatz investitionen

?

Ersatzinvestitionen In

stal

liert

e Le

istu

ng in

D

euts

chla

nd

Quelle: VGB PowerTech

5

Zeitliche Entwicklung der Stromerzeugungaus erneuerbaren Energien

Quelle: Bundesministerium für Umwelt,Naturschutz, und Reaktorsicherheit

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

45.000

50.000

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

[GW

h/a

]

Fotovoltaik

biogener Anteil des Abfalls

Biomasse *

Windenergie

Wasserkraft

Stromerzeugung aus:

(Kl. Wasserkraft bis 5 MW)

(bis 3 MW)

(bis 20 MW)

(bis 5 kW)

EEG

2004

WindkraftOnshore8,7 Cent/kWh

Biomasse8,4 Cent/kWh

Laufwasserkraft6,6 Cent/kWh

Fotovoltaik45,7 Cent/kWh

EEG-Novelle

Monatsdurchschnitt EEX-Spotmarkt: 4 Cent/kWh

6

Nutzbare Potenziale erneuerbarer Energien in Deutschland und „Kosten“ der CO2-Einsparung

Nutzbares Potenzial (Datenbasis 1999)

Kost

en d

er

CO

2-E

insp

aru

ng

(Str

EG

, EEG

)

Geothermie

Fotovoltaik

Windenergie

Biomasse

Wasserkraft

Klärgas

Grubengas

Deponiegas

Quelle: Fraunhofer UMSICHT, 1999

7

Definition und Klassifikation von dezentralen Energieumwandlungsanlagen

Elektrische Leistung von 1 kW bis 20 MW

Anschluss an das Nieder- oder Mittelspannungsnetz

FossileEnergieträger

Regenerative Energieträger

Deterministisch einspeisend

• Dieselgenerator (KWK)

• Mikroturbine (KWK)

• Brennstoffzelle (KWK)

• Biomasseanlage (KWK)

• Laufwasserkraftanlage

• Geothermische Anlage (KWK)

• Meeresenergie

Stochastisch einspeisend

• Windenergieanlage

• Photovoltaikanlage

8

Zeitliche Entwicklung derStromerzeugung aus Windenergie

Quelle: Bundesministerium für Umwelt,Naturschutz, und Reaktorsicherheit

2004

40 140 230670 940

1.8002.200

3.000

4.489

15.856

18.500

9.500

5.528

10.456

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000[G

Wh/

a]

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

[MW

]

Stromerzeugung installierte Leistung

Einführung Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Novelle ErneuerbareEnergien-Gesetz (EEG-Novelle)

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Ausbau der Windenergie in Deutschland

• Räumlich sehr unterschiedlicher Ausbau (Norddeutschland, Küste)

• Repowering ersetzt/ erweitert bestehende Anlagen

• Zyklischer Zubau an WEA-Leistung

• Im Jahr 2030 wird die Leistung aller WEA knapp 40 % der heutigen Kraftwerksleistung entsprechen

• Probleme der Integration von Offshore-WEA noch nicht gelöst

• Maximale Durchdringung mit WEA bisher umstritten

Quelle: DEWI

Prognostizierter jährlicher Zubau von WEA

Quelle: DEWI

Prognostizierte WEA-Leistung

onshore und offshore

onshore

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Historie der Gesetze und Richtlinien

2000 Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

2001 Biomasseverordnung

2001 EU-Richtlinien zur Förderung erneuerbarer Energien

2002 Photovoltaik Vorschaltgesetz zum EEG

2004 Novelle des EEGReg

ener

ativ

2000 KWK-Vorschaltgesetz (angewandt auf EnWG) 2002 KWK-Ausbaugesetz mit Erweiterung Brennstoffzelle 2004 EU-Richtlinie KWKK

WK

All

gem

ein

1990 Stromeinspeisegesetz

1996 EU-Richtlinie 96/92/EG

1997 Kyoto-Protokoll (CO2-Senkung)

1998 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)

2000 Ausstieg aus der Kernenergie

2002 “Ökologische Steuerreform”

2002 Novelle des EnWG

2005 Novelle des EnWG (noch vom Bundesrat zu ratifizieren)

abgelöst

aktuell

11

Teilnahme von DEA auf dem Markt

Konventionelle Kraftwerke Großkunden

Privatkunden

Spotmarkt

BilanzkreiseDEA

Stromlieferung

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Genehmigungsverfahren für Planung, Errichtung und Anschluss von DEA in Deutschland

BaubehördeVerteilungsnetz-betreiber (VNB)

DEA-Investor

UmweltschutzamtForstamtWasserschutzbehördeTelekommunikationsbehörde Luftfahrtbehörde

Clearing-Stelle

Streit, z. B. über Anschlusspunkt

Realisierung der DEA

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Normen und Anschlussbedingungen für dezentrale Energieumwandlungsanlagen

Internationale Normen• DIN EN 50160 Merkmale der Spannung in öffentl. Elektrizitätsversorgungsnetzen• DIN EN 61727 Photovoltaische (PV) Systeme

VDE: Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik

Empfehlungen und Richtlinien• Technische Anschlussbedingungen TAB • VDEW-Richtlinien MS & NS• VDEW-Richtlinien HöS/HS• zusätzliche Regeln

Deutsche Normen des VDE • VDE 0100 Elektrische Anlagen von Gebäuden• VDE 0838/9 Elektromagnetische Verträglichkeit• VDE 0126 Selbsttägige Freischaltstelle für Photovoltaikanlagen...• VDE 0127 Windenergieanlagen• VDE 0558 Halbleiter-Stromrichter• VDE 0530 Drehende elektrische Maschinen• VDE 0130 BrennstoffzellentechnologienIn Erarbeitung• DKE K 373 Photovoltaische Solarenergie Systeme• DKE K 384 Brennstoffzellen

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Erfahrungen aus dem Netzparallelbetrieb von DEA

Betrieb einer einzelnen DEA am Netz

• Ohne Probleme regelbar

• Teilweise individuell angepasster Betrieb notwendig

Schlussfolgerung:

In langfristig geplanten MS/NS-Netzen ist eine großflächige Integration von DEA möglich.

Quelle: CIGRE-Symposium Athen, 2005

Großflächige Integration von DEA in Netze

Netzstruktur muss eventuell angepasst werden

• Lastfluss-Berechnung im Hinblick auf Spannung und Engpässe

• Kurzschlussleistung

• Schutzsystem

• Versorgungsqualität

• Blindleistung

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Übergang zu großflächiger Integration

Netzdienstleistungen

Dezentrales Energiemanagement

Normen und Empfehlungen

- Frequenzhaltung- Spannungshaltung- Reserveleistung

- Modelle für Lastverhalten- Prognose und Optimierung- Lastfluss- Wärme- oder stromgeführt- Speicherung

- Verschiedene DEA-Technologien- Koordiniertes Schutzkonzept - Netzintegration- Verteilungsnetz Ausgleichsnetz- Netzleittechnik- Rückspeisung und Zählung- Wartungskonzepte

- Netzzugangs-/ Nutzungsvertrag- Energielieferungsvertrag- Netzrückwirkungen- Anschlusszertifizierung

Handlungsbedarf