Lastverschiebung in Haushalten, Industrie und Gewerbe / kommunaler Infrastruktur

Potenzialanalyse für Smart Grids

Michael SchmidthalerAndrea Kollmann // Simon Moser // Christian Elbe

Energieinstitut an der JKU Linz

Graz, 20.05.2014

1. Das Projekt 1/2

Laufzeit: Mai 2012 bis Mai 2014 Förderung durch KLIEN, 4. Ausschreibung NE2020

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Projektkonsortium:4wardEnergy Research GmbHe7 Energie Markt Analyse GmbHEnergieinstitut an der JKU Linz GmbHE-Werke Stubenberg reg GenmbHJOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH; RESOURCES – Institut für Wasser, Energie und NachhaltigkeitSonnenplatz Großschönau GmbHStadtwerke Hartberg GmbHTechnische Universität Graz – Institut für elektrische Anlagen

1. Das Projekt 2/2

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BOTTOM-UPSektor Haushalt

Identifikation von geeigneten Verbrauchern für Demand-Side-Management

(z.B. Geschirrspüler, Kälteanlagen, Erwärmungsprozesse,...)

Ø-Leistungsaufnahme der Verbraucher [W](Realdaten aus Vorstudien der Bewerbergemeinschaft)

Abbildung des Gesamtprofils aus Verbrauchsdaten(Realdaten aus Vorstudien der Bewerbergemeinschaft)

Technische LastverschiebungsmodellierungDurchschnittliche Tagesnutzung

GleichzeitigkeitsfaktorVerschiebungszeiten & -leistungen

BOTTOM-UP (Case-Study basiert)Kommunale Infrastruktur

TOP-DOWNSektoren Industrie und Gewerbe

Jahresenergieverbrauch der Sektoren [TWh/a]

Ø-Endenergieverbrauch der Verbraucher [MWh/a]Mechanische Energie

ProzesswärmeProzesskälte

Technische LastverschiebungsmodellierungDurchschnittliche Tagesnutzung

GleichzeitigkeitsfaktorVerschiebungszeiten & -leistungen

Identifikation von geeigneten Verbrauchern für Demand-Side-Management

(z.B. periphere Anlagen,...)

Entwicklung von Cost-Curves aus dem optimierten Gesamtprofil

Interpretation des Kosten/Nutzen-Verhältnisses

Analyse der rechtlichen Aspekte einer Lastverschiebung

Analyse und Auswertung vorhandener Daten aus der Gemeinde Großschönau und anderer Anlagen

Abgleich der vorhandenen Daten mit Literatur und anderen verfügbaren Fallbeispielen

Bestimmung des Lastverschiebungspotentials bei den Anlagen der Projektpartner

Technische LastverschiebungsmodellierungDurchschnittliche Tagesnutzung

GleichzeitigkeitsfaktorVerschiebungszeiten & -leistungen

2. Was ist Lastverschiebung? 1/2 Demand Response:

Überbegriff für Vielzahl an Möglichkeiten, wie das Stromverbrauchsverhalten von Endkunden durch ein Signal (monetär aber auch nicht monetär) beeinflusst werden kann zielt auf eine kurzfristige Veränderung des Stromverbrauchs ab.

„kurzfristig“ bedeutet dabei Zeitraum, der bis zur Auslösung einer Reaktion anfällt (Zeitraum

bis der Kunde informiert ist und dieser Handlungen in Erwartung bzw. Vorbereitung der Lastverschiebung gesetzt hat).

Dauer der Verbrauchsbeeinflussung: Sekunden (Beitrag zur Netzstabilität) bis maximal ein Tag (Vermeidung von Spitzenlasten).

Demand Response ist von Maßnahmen zu einem energetisch effizienteren Einsatz von Strom zu unterscheiden (strategic conservation).

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2. Was ist Lastverschiebung? 2/2

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Quelle: Statistik Austria, 2013

3. Lastverschiebungen in Haushalten - Energiebilanz

Sektoraler energetischer Endverbrauch von Strom in Österreich (Daten für 2012)

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Quelle: Statistik Austria, 2013

3. Lastverschiebungen in Haushalten – Verbrauchskategorien

Wie stellt sich der Verbrauch dar?

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Elektrogeräte mit thermischen Speichern oder bei denen ohne Komfortverlust Verschiebung möglich ist

Klassen von Elektrogeräten (nach Zeilinger, 2011) Klasse 1: Gerät wird bei Bedarf eingesetzt (z.B. Haarfön) Klasse 2: Gerät spult vordefiniertes Programm ab (z.B.

Geschirrspüler, Waschmaschine) Klasse 3: Gerät versucht vorgegebenen Zustand zu

erhalten (Gerät mit thermischem Speicher)

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3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten

Lastverschiebung durch Auswählen des Startzeitpunkts

Waschmaschine Wäschetrockner Geschirrspülmaschine Lastverschiebung durch Zu- oder Abschalten des

Gerätes Kühlgeräte Gefriergeräte Warmwasser Elektrische Raumwärme

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3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten

3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten

Waschmaschine Aufheizprozess ist energieintensivste Teil, Dauer bis zu ½ Stunde Verschiebepotential gegeben, wenn Ende des Waschvorgangs frei

wählbar ist Hemmnisse: Ruhestörung in der Nacht, Zerknittern der Wäsche,

wenn fertige Wäsche zu lange liegt Wäschetrockner

Verdampfung von Wasser durch Wärmeeinwirkung ist für Lastverschiebung geeignet

Hemmnisse: Trocknungsprozess wird unmittelbar nach Waschung durchgeführt , lange Liegezeit führt zu zerknittern

Geschirrspülmaschine Wärmeerzeugung zu Beginn des Prozess und Trocknungsvorgang

am Schluss sind energieintensivste Prozesse Hemmnisse: Nutzerabhängigkeit, mögliche Zeitdauer zwischen

Einräumen und Einschalten

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Kühl- und Gefriergeräte Gerät selbst und Lebensmittel haben thermischen Speicher so dass

Kälte auch bei Abschalten des Gerätes etwa 1 Stunde hält Warmwasser

Elektrowarmwasserspeicher: werden bereits durch Rundsteuergeräte in Schwachlastzeiten geschaltet; Lastverschiebung sehr gut möglich

Wärmepumpe Lastverschiebung möglich; Größe des Speichers und Isolierung

relevant Elektrodirektheizungen

Haben keinen thermischen Speicher, Lastverschiebung durch Änderung des Nutzerverhaltens möglich

Nachtspeicherheizungen Haben hohe Speicherkapazität und eignen sich für

Lastverschiebungen

3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten

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3. Lastverschiebung in Haushalten – Potential

Reales Lastverschiebungspotential in österreichischen Haushalten

3. Lastverschiebung in Haushalten – Marktpotential

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Alle HaushalteTeilnehmende

Haushalte(haben Tarif)

100%

Mögliche beitragende Haushalte(Tarif und

technisches Potenzial)

Beitragende Haushalte

(realisiertes Potenzial)

40% Potenzial-minderung

Free RiderOpportunitätskosten

Verzerrung in Feldtests

3. Lastverschiebung in Haushalten – Kosten

Gerät Kosten/HH/a

Waschmaschine, Wäschetrockner, Geschirrspüler, Kühl- und Gefriergeräte(Smart Home)

85 €

Warmwasser 100 €Elektro-Einzelofen ∞ €E-Direktheizung 0 €Nachtspeicher 0 €Wärmepumpe 30 €

Kosten sind Fixkosten. Mit einer steigenden Anzahl verschobener kWh sinken die Kosten pro verschobene kWh. Hier: Durchschnittswerte / In der Praxis hohe Varianz.

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5. Lastverschiebung – Hürden 1/2

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Bedarf nach „Rotem Knopf“, mit dem ein Haushalt die Kontrolle über seine Geräte zurückerlangen kann. Verbindlichkeit?

Kommunikation zum Haushalt bzgl. Ankündigungsart und -frist (In-House-Displays, Alarmfunktionen bei Lastüberschreitungen, intelligente Haushaltsgeräte und vollautomatische Schaltung einzelner Verbraucher im Haushalt)

Kosten für Marketing, Kundeninformation, Automatisierung bzw. Speicherung. Verhältnis Kosten/Nutzen?

Organisatorische und systemische Herausforderungen durch Anpassung des Verhaltens. Gelernte und in Folge automatisierte Abläufe müssen neu konditioniert werden. Die zeitlichen Kosten und der verursachte „Stress“ sind als Opportunitätskosten anzusehen.

Relation zwischen der „Automatisierbarkeit“ und der Akzeptanz eines flexiblen Tarifs besteht. Automatisierung überall möglich?

5. Lastverschiebung – Hürden 2/2

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Flexible Tarife, die eine Lastverschiebung induzieren sollen, sind ein Produkt, das dem Endkunden unbekannt ist. Erwartungen, inwieweit aus dem flexiblen Tarif Nutzen/Kosten erwachsen, spielen eine wesentliche Rolle.

INDUSTRIE UND GEWERBE

Untersuchte Sektoren: Prozessbezeichnung Chemische Erzeugnisse Stahlindustrie NE-Metallindustrie (Alu, Kuper, Zink-Blei) Gießerei Metallbearbeitung - Wärmebehandlung Gartenbau Papierherstellung Zementindustrie

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RELEVANZ?

Der elektrische Gesamtenergieverbrauch des produzierenden Gewerbes (2012): 28 TWh

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Sektor 2012 in MWh 2012 in %

Eisen- und Stahlerzeugung 3.999.350 6

Chemie und Petrochemie 4.262.723 7

Nicht Eisen Metalle 978.839 2

Papier und Druck 4.614.083 7

LITERATURBASIERTE EVIDENZ

Lastverschiebungspotentiale in Industrie und Gewerbe werden mit rund 300 MW (Eigene Berechnung basierend auf Popp und Klobasa, 2013) bis zu 660 MW (Gutschi, 2007) angegeben.

Spezifische Kosten von 190 (Papierindustrie) – 3600 €/Mwh (Gutschi, 2007).

In Deutschland bestehende Potentiale wurden bis 2030 abgeschätzt signifikante Zunahme der Bedeutung insbesondere im Licht wandelnder Produktions- und Marktmechanismen.

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KOMMUNALE INFRASTRUKTUREN

Werden aktuell auf Basis von bottom-up Erhebungen analysiert.

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ZUSAMMENFASSUNG

Haushaltspotentiale technisch vorhanden, Umsetzung basiert auf Verhaltensänderung Gegenstand interdisziplinärer Forschungsprojekte auf EU Ebene

Gewerbe und Industrie zeigt teilweise sehr hohe Potentiale bei geringen Kosten, Anreizstruktur ist suboptimal.

Kommunale Dienste sind theoretisch verfügbar, sehr heterogene Struktur. V.a. bei intrinsischer Motivation von integrierten Versorgern relevant (Stichwort: energieautarke Kläranlage)

Themenfeld wird in Bedeutung steigen (zunehmende Vernetzung und Notwendigkeiten)

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Dr. Michael SchmidthalerEnergieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz GmbHAltenberger Straße 694040 LinzTel: +43 70 2468 5665Fax: + 43 70 2468 5651e-mail: Schmidthaler@energieinstitut-linz.at

Danke für die Aufmerksamkeit !

Kontakt:

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