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Hospital

Industrie

Grundlast-kraftwerk

Umspannwerk

Medizintechnik

GUD-Kraftwerk

Windpark

Solarenergie

Neubaugebiete

City 2

City 3

BiomasseLastprofileLastprofile

Power Quality

400 / 110 kV

110 kV

UmrichterBatterie

Gebäude- / Effizienz- und Gebäude- / Effizienz- und AbrechnungsmanagementAbrechnungsmanagement

Leit-Leit-zentralezentrale

110 kV

City 1

StromnetzStromnetz

Power Quality

Die Energieversorgung 20XXDie Energieversorgung 20XX

20 kV

KommunikationsnetzKommunikationsnetzDas „Virtuelle Kraftwerk“Das „Virtuelle Kraftwerk“Strom, Wärme, RohstoffeStrom, Wärme, RohstoffeEnergieeffizienzEnergieeffizienzNetznutzungsmanagementNetznutzungsmanagementI & K / Automatisierung /I & K / Automatisierung /ISDN / Internet / e-commerce ISDN / Internet / e-commerce Ferndiagnose /Ferndiagnose /DienstleistungenDienstleistungen

Brennstoffzelle

Microturbine

BHKW

BHKW

WärmenetzWärmenetz


INNOVATIONSPOTENTIAL IN DER ENERGIETECHNIKINNOVATIONSPOTENTIAL IN DER ENERGIETECHNIK

Energie-Erzeugung

Energie-Speicherung Distribution Handel Applikationen

Konventionelle Energieerzeuger

Neu oder regenerative Energieerzeuger

Brennstoffzellen

Mikroturbinen

Wasser

Solar

Wind

Biomasse / Müll

Batterie-Technologien

Wasserstoff

Supraleitende Spulen

Superkondensatoren

TransportSupraleitung Services,Simulation,NetzplanungGleichstromübertragungDynamischeBlindleistungs-kompensation(FACTS)

VerteilungDezentralesEnergiemanagement

Telekommunikationüber das Stromnetz

DynamischeBlindleistungskompensation(FACTS)

Durchleitungs-prognose

Strombörsen

Least Cost Routing

Endkundenhandel

Zahlungs- undAbrechnungssystem

Heizung / Warmwasser

Akkugespeiste Geräte

Stromzähler-management

Kundennahe Produkte

Automation im HausLastmanagement

Kundenselbstservice

Versorgungsdienste auseiner Hand per Internet

Quelle: Innotech


Leipziger Strombörse / SPOT-Markt 1.8.2001 :Strom kostet im Durschnitt 0,02 € / kWh


Trend der Entwicklung zukünftiger Strompreise „Erzeugung“ und Einspeisevergütungen in Deutschland

Bis 2005-2010

• Abgeschriebene Kraftwerke• Keine Überkapazitäten mehr

Beginnender Wettbewerb

• Abgeschriebene Kraftwerke• Überkapazitäten

Ab 2010-2015

• Neue Erzeugungsinvestitionen• Keine Überkapazitäten

Grund-last

Mittel-

last

€-Cent / kWh

Ein-speise-

ver-gütung

5,5 - 9,0

~ 2,7

~ 2,2~ 2,3

~ 3,2

Leistungsklassen

Leistungsklassen Leistungsklassen

Über-schrei-tungs-

last

Spitzen-last

~ 2,2~ 2,3

Grund-last

Mittel-last

Spitzen-last

Über-schrei-tungs-

last

Ein-speise-

ver-gütung

~ 6,5

~ 13,0

5,5 - 9,0

~ 4,0~ 4,2

~ 6,5

~ 13,0

> 10,0

Grund-last

Mittel-last

Spitzen-last

Über-schrei-tungs-

last

NeueTech-nolo-gien

~ 4,0 - 5,0

Ein-speise-

ver-gütung


7

Prinzipielle Darstellung eines Intelligenten Dezentralen Energieversorgungssystems

AEtherm. KW

AE

regen.KW

AE

BHKW

AE Gasturbine, Biomasse

Motor, Brennstoffzelle

Wind, Solar

AE

AE AE

elektr. therm.

RST/Konz. steuerbar

mitEstimation

verteilte Lasten(therm. u. elektr.)

verteilte Erzeugung(Brennstoffzelle, Microturbine)

ErzeugungSpeiche

r Lasttherm. u. elektr.

Dezentrales Energiemanagement System DEMSPrognose

Wetter regenerative Erzeugung Last Einsatzplanung

Erzeugung, Speicher, Lasten einschl. Querverbund, Bezugs-/Lieferverträge, Primärenergieverträge, Reserven

EM EM EM EM EM LM LM LM LM ... LastmanagementEM ... Erzeugungsmanagemt.

Energiebezug / Lieferung / Verträge

LAN / WAN, ISDN, GSM OPC, XMLProzeßschnittstelle

EM

steuerbar

AE ... Automatisierungseinheit

mit Fahrplan bzw. Estimation (RST)

RST/Konz.

Kat. A B

Online OptimierungErzeugung Speicherung Last

C

nichtbeeinflußbare

Erzeugung

nur prognostizierbar

A

regelbar nichtbeeinflußbare

Lasten

nur prognostizierbar

A B Cregelbar


S ... Standleitung WB ... Windstärke (Betrag) DK ... DatenkonzentratorW ... Wählverbindung WR ... Windrichtung P1min. ... Leistung elektrisch, 1 min. MittelwertAE ... Automatisierungseinheit ZP ... Zähler elektrisch PTLP ... Tageslastprofil elektrischGS ... Globalstrahlung ZQ ... Zähler thermisch QTLP ... Tagesprofil thermisch

DeutscherWetterdienst

AE

WindKW

W

WetterprognoseStundenraster

Internet (FTP-Format)

S

W B, WR

G

BiomasseKW

S

AE

Erzeugungs- / Lastprofile zur Abrechnung

W

Offline-PlanungSimulationVarianten

DEMSPC

Kompetenzzentrum

Informations- und Kommunikationsplan einer dezentralen Versorgungsstruktur am Projekt KonWerl 2010

Lastmanagement

KPZ

ZQ

ZP

ZQ

JVA

ATU

HAUS

ZP

ZP

ZQ

ZP

ZQ

therm./elektr.Lasten

W

W

W

W

LAN

ISDN / web-technik

DEMSPC

TCP IP / Profibus

KPZS

KPZST

(SIMATIC)

Modem

ZählerfernauslesesystemCONVERGE / PC-Server

TCP IP

P1min.

P1min.

P1min.

P1min.

S

S

S

S

AE

AE

AE

AE

P1min.

ZP

lokales

Leit-

system

P1min.

ZP ZQ

PTLP, QTLP

PTLP, Q

TLP

PTLP, QTLP

PTLP, QTLP

PTLP , Q

TLP

W

DK

ASCII

ASCII-FileTransfer

1 2 n

P TLP, Q

TLP

Profibus DP LWL

Kommunikations-netz

OPCOPCüberüberLANLAN

Wählverbindung Wählverbindung Funk / Leitungs-Funk / Leitungs-

modemmodem

Profibus DP über Funk

Ein Förderprojekt der Landesregierung NRW


Energiepark KonWerl 2010 DEMS-Simulationsplattform

G

Wetter-prognose

Verbraucher

DEMSEnergiepark

ProjekteNRW

ProjekteDeutschl.

ProjekteEuropa

ProjekteWelt

G

DEMS...

DEMS

Kompetenzzentrum

Simulation

G

G

G

G

G

G

Entwicklungsphasen virtueller Kraftwerke am Projekt „KonWerl 2010“

G

G

BZ

Virtuelles Kraftwerk

KonWerl“Energiepark“

Gesamtleistung ca. 10 - 20 MW

Ein Innovationsprojekt der Landesregierung NRW

1 2 3

G Strom, Wärme, Rohstoffe


Struktur eines Querverbundsystems

BHKW

Elektr.ImportVertrag

Elektr.Export-Vertrag

KW

ElektrischesElektrischesNetzNetz

ThermischesThermischesNetzNetz

ErdgasnetzErdgasnetz

Gas-speicher

HW

ErdgasKohle Öl

Wärme-speicher

P Gas

Zeit

Lastprofil

Pel

Zeit

Lastprofil

Pth

Zeit

Lastprofil

KW ... KraftwerkHW ... HeizwerkHKW ... HeizkraftwerkBHKW ... BlockheizkraftwerkBSZ ... Brennstoffzelle

HKW

(im Falle BSZ)


Von der dezentralen Energieversorgung bis zum europäischen Netzverbund

Meßtechnik für Stromdichte, Qualität,Wirkungsgrad, Durchleitungspreise

Intelligentes Verbrauchs- und Abrechnungsmanagement

Nationaler Netzverbund

Nationaler Netzverbund

Regionaler NetzverbundRegionaler Netzverbund

Dezentraler Netzverbund

Dezentraler Netzverbund

Europäischer Netzverbund

Energieautobahn

Europäischer Netzverbund

Energieautobahn


Veränderung der Stromversorgungsstrukturen

heute: „zentral“

G

G

Erzeugung

Ü b e r t r a g u n g

V e r t e i l u n g

G

G

Trend: Integrierte geregelte Energieoptimierung von unten anstelle getrennter gesteuerter Verteilung einzelner Energieformen von oben.

Trend: Integrierte geregelte Energieoptimierung von unten anstelle getrennter gesteuerter Verteilung einzelner Energieformen von oben.

morgen: „zentral + dezentral + integral“

G

G G

G

G

G

G

GErzeugung

Ü b e r t r a g u n g

V e r t e i l u n g

G

GBHKW

Gas

Wärm

e /

Wass

er

Automati-sierung,

Kommuni-kation,

IntelligenteSysteme

Automati-sierung,

Kommuni-kation,

IntelligenteSysteme


EuropäischerEnergieverbund

NationalerEnergieverbund

RegionaleEnergie-versorgung

DezentraleEnergie-versorgung

Ländliche Infrastruktur

Stadtteile

Industrie

Strom- und Informationsfluss „HEUTE“Strom- und Informationsfluss „HEUTE“

220 / 110 kV

400 kVHVDC

400 / 220 kV

110 / 20 / 0,4 kV


EuropäischerEnergieverbund

NationalerEnergieverbund

RegionalerEnergieverbund

Ländliche Infrastruktur

Stadtteile

Industrie

Strom- und Informationsfluss „MORGEN“Strom- und Informationsfluss „MORGEN“

400 kVHVDC

400 / 110 kV

110 / 20 / 0,4 kV

?


Dezentrale Systemintegration ganzheitlicherDezentrale Systemintegration ganzheitlicher Versorgungsstrukturen auf der VerteilungsebeneVersorgungsstrukturen auf der Verteilungsebene

1) Energiebilanzmanagement, Netzleitstelle, EPSILON, Energy Sales & Care 2) therm. und elektr. Lastprognosen, Prognose dezentaler, regenerativer Erzeugung, lokale Einsatzplanung / Optimierung (Verträge, Eigenerzeugung mit Kraft-Wärme-Kopplung, beeinflußbare Lasten)

Zählerfern-auslesung

Energiemanagement 2)

KWK, Wind,PV, BZ, Gas

Netzmanagement 1) Handel / Vertrieb

Ab

rec

hn

un

gss

yst

em

Lastprofile - Erfassung/Archivierung/Auswertung

RohRohstoffestoffe

StromStrom

WärmeWärme

ReststoffeReststoffe

G

Dezentrale Versorgungsgesellschaften Städteverbünde, Energiegenossenschaften, Industrieversorger

Ku

nd

enb

etre

uu

ng

sma

nag

em

en

t

G


Stadt CStadt B

Erzeuger-u. LastganglinienTeilnetze

Ökonomische und ökolo-gische Vorgaben

DEMS EinheitenWetterprognose

Erzeugungsprognose

Lastprognose

Einsatzplanung

Basissystem

OOC

LR LM

Prozessinterface

Mul

ti A

gent

Stadt A

Erzeuger-u.Lastganglinien Summe

Mul

ti A

gent

DEMS KoordinationRegion X Gesamt-

Lastprognose

Gesamt-Erzeugungsprognose

Gesamt-einsatzplanung

We

tte

rpro

gn

os

e

Ökonomische und ökolo-gische Vorgaben

Summe

Lastgang

EVU BezugsvertragHandel

Bezugsfahrplan-Lastprognose-Erzeugerprognose-Regelreserve-Kosten

BezugsfahrpläneBezugsfahrpläne

Leitzentrale


KWLS SLS LM

DEMS

DEMS

KWLS SLS LM

DEMS

KWLS SLS LM

DEMS

Stadt A

Stadt B

Stadt C

Region X

KWLS SLS LM

DEMS

DEMS

KWLS SLS

DEMS

KWLS

Bezirk Y

KWLS SLS LM

DEMS

Vernetzungsmodell der dezentralen Energie Management Vernetzungsmodell der dezentralen Energie Management Systeme DEMS über moderne I&K-TechnologienSysteme DEMS über moderne I&K-Technologien

Erzeugung (Strom, Wärme) Lastmanagement Rohstoffe Prognose On-line-Optimierung Kontrolle, Überwachung,

Diagnose Netzinformation Administration

Stadt D

LeitzentraleLeitzentrale

DEMS Dezentrales Energiemanagement SystemKWLS KraftwerksleitsystemSLS Stationsleitsystem

LM Lastmanagement

DEMS


Um die Investitionsbereitschaft zu erhöhen, könnte diePolitik die Systemintegration zukunftsorientierter, dezentraler Versorgungsstrukturen beschleunigen,durch Unterstützung von Demoprojekten (Energiemodellregionen)in Form von Anschubfinanzierungen.

Darüber hinaus sollte bei weiterem Ausbau dezentraler Erzeugungsstrukturen (Regenerative und fossile KWK-Anlagen) die sinnvolle und intelligente Einbindung in den bestehenden Netzverbund durch effiziente Energiemanagementsysteme eines der vornehmlichen Ziele des EEG’s und dafür zusätzliche Aufwendungen eigens in der Vergütung berücksichtigt werden.

Wie kann und sollte Politik die Einführung dieser Technologie unterstützen?


Organisation und effiziente Vernetzung von ganzheitlichen dezentralen Versorgungsstrukturen in den bestehenden Netzverbund

Windkraft On-Shore / Off-ShoreBrennstoffzellen, KWK, Biomasse MicroturbinenVernetzung mit der modernen Informations- und Kommunikationstechnik

Wasserstoff / Methanolbereitstellung für stationären und mobilen Bereich

Netzwerk Industrie und WissenschaftEntwicklung von Hightech-Unternehmen KMU Wirtschaftsförderung Industrieansiedlung

Beispiel: Die „Energiemodellregion in Deutschland“

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G


Beispiel einer Vernetzung ganzheitliche Energieversorgungsstrukturenim Energiemix

G

EU- ModellprojektDeutschland-XY

G

G

G

GG

G

G

G

Windenergie

KWKBrennstoffzelle

Biomasse Microturbine

Kompetenzzentren fürEnergie-, Informationstechnik und Agrarwirtschaft

G

Wasserstoff / Methanolgewinnung für den stationären und mobilen Bereich

Wasserkraft


Dezentrales Energiemanagementsystem DEMS

Beispiel für ein „Virtuelles Kraftwerk“

Speicher

Grundlastvertrag Spitzenlastvertrag Exportvertrag Realer Reservevertrag Virtueller Reservevertrag

Solaranlage

Windpark

Gasturbinen Anlage Nicht beeinflußbare Last

HaushalteIndustrie/ Gewerbe

beeinflußbara Last

Thermische Last

Brennstoffzelle Blockheizkraftwerk

Heizwerk

Vertrag Biomasse

Vertrag Gas/ÖLVertrag Erdgas

Randintegral

Primärenergie

Strom

Wärme

Biomasse


24

SonstigeKraftwerke

Prognose Wetter Erzeug.(therm./el.) Online OptimierungEinsatzplanung

Bedienen und

Beobachten

Virtuellesgrosses

KraftwerkEnergiemix

MonitoringDiagnoseService

LieferangebotLeistungsband1/4 Std. Tagesprofil

LiefervereinbarungLeistungsfahrplan1/4 Std. Tagesprofil

Beispiel 1: Virtuelles grosses Kraftwerk im EnergiemixBeispiel Städteverbünde

EMS DisCoEnergiebörse

Gas-, Diesel-Motorsysteme

Wind, Solar

therm.KW

AEregen.

KW

BHKW

AEFossil, Biomasse

AE

Fahrplan

Konzentrator

Estimation

Rundsteuerung

Prognose

Kommunikations- Netz

steuerbar steuerbar nicht beeinflußbar

regelbar

AE ... Automatisierungseinheit

verteilte Klein-Erzeugungen: Brennstoffzelle, Microturbine, Motorsystemegrößere Kleinkraftwerke

Dezentrales Energiemanagement System

EMS TransCoGenCo


25

Beispiel 2: Virtuelle grosse WindkraftanlageBeispiel Dänemark

SonstigeKraftwerke

Bedienen und

Beobachten

Virtuelle grosse

Windkraftanlag

e

Lieferangebot Leistungsband1/ 4 Std. Tagesprofil

LiefervereinbarungLeistungsfahrplan1/ 4 Std. Tagesprofil

Automatisierungssystem Automatisierungssystem Automatisierungssystem

regelbar regelbar zu-/ abschaltbar

nicht beeinflussbarnur prognostizierbar

MonitoringDiagnoseService

Kommunikations- Netz

EMS GenCoEMS TransCo

Energiebörse

Prognose Wetter Erzeugung Online OptimierungEinsatzplanung

Dezentrales Energiemanagement System

Region 1 Region 2 Region 3 Einzelanlagen

GenCo


DeutscherWetterdienst

W

W

TLPASCIIFormat

LAN

WetterprognoseStundenraster, 3 Tage

(FTP-Format)

Einzelwerte

Wertereihen

Tageslastprofile (TLP)therm. u. elektr. SIMATIC

AE

Wetter-station

1 min.Mittelwerte T, WB, GS, WR

W

S

G

Biomasse KW

Zählerfernauslesesystem

PC

Modem / TCP IP

AE

PC

OPC

AE

PC

XML

AE

PC

XML

Energiebezugs-/einsatzoptimierung

DEMSPC

XML

S ... Standleitung T ... TemperaturW ... Wählverbindung WB ... Windstärke

AE ... Automatisierungseinheit WR ... WindrichtungP ... Leistung elektrisch GS ... GlobalstrahlungQ ... Leistung thermisch

W

W

W

GAE

PC

OPC

Gas-/Öl- Motor-BHKW

HeizkraftwerkWärmespeicher

PV-Anlagemit Batteriespeicher

AE

PC

XML

Qsoll

SPist, max, min

Qist, max, min

PsollPsoll

Qsoll

Pist, max, min

Qist, max, min Wertereihen P, Q

W

SOFC-Brennstoffzelle

Kommuni-kationsnetz

Abrechnung

WWertereihen

Wertereihen P, Q

Wertereihen P

Kommunikationsstrukturen

W

W

Mod.

ZMod.

Z

Mod.

Z

Mod.

Z

Mod.

Z

Mod.

Z

ISDNGSM

verteilteLasten Z

Wertereihen

Energiebörse

WWertereihen Wertereihen

Wertereihen

großevirtuelle

Windanlage

AE

PC

XMLW

Wertereihen

Konzen-trator

XML

verteilte kleine BSZ

...

Kom.-Netz

Rund-steuer-

kommando-gerät

Gate-way

thermischelektrisch

konzentrierteLast

AE

PC

OPC

S

P ist, max, m

in

P soll

X M L

W

XML / OPC / FTP

DEMSPC

XML

TCP IP / Profibus

Netzleitsystem

Beispiel: Vernetzung virtueller Kraftwerke im Energiemix


Die Zukunft gestalten !Die Zukunft gestalten !

Entwicklung einer Energiemodellregion in Deutschland mit folgender

Zielvorgabe zur Gestaltung der politischen Rahmenbedingungen:

• Intelligente Integration dezentraler mit zentralen Erzeugungssystemen,

ganzheitliche Betrachtung (Rohstoffe, Strom, Wärme)• Kosten-/ Nutzenanalysen (Ermittlung sinnvoller Anteile dezentraler

Erzeugungssysteme an der gesamten Energieversorgung)• Effizienzsteigerung (Primärenergie, Betriebskosten)

• CO2-Reduzierung, Schonung fossiler Primärenergieträger

• Wissenschaftliche Projektbegleitung, Modellrechnung für Deutschland

• Sinnvolle Ableitung neuer Technologien und Innovationen bis 2020


Ressourcen ErzeugungssystemeGrund-Grund-

lastlastMittel-Mittel-

lastlast Strom Strom WärmeWärme Spez. Invest.

>5500 h 2500-5500h 1000-2500h DM / KW

Gas / Öl Micro-Turbine >1 500

Gas / Öl BHKW 2 000-3 000

Gas (Wasserstoff)

BrennstoffzellePEM

Gas SOFC

Holz Biomassekraftwerk 3 000-4 000 ( Rest/ Abfallstoffe)

Wasser Wasserkraft 12 000-16 000

Wind Windkraftanlagen 1 500-2 000gute StandorteSonne Photovoltaik 12 000-16 000

Dezentrale Erzeugungssysteme Dezentrale Erzeugungssysteme und deren Einsatzfelderund deren Einsatzfelder

Bedarfsunabhängige Erzeugung Einsatzfelder begrenzte Einsatzfelder

Spitzen-Spitzen-lastlast

Durchschnittl.

?


Wirkungsgrade und Leistungen fossil befeuerter Wirkungsgrade und Leistungen fossil befeuerter KraftwerkeKraftwerke

40

50

60

70

10005001005010510,50,10

10

20

30

Anlagenleistung in MW

Netto-Wirkungsgrad in %

.

Gasmotor

GUD

Gasturbine

Dieselmotor

Dampf-Kraftwerk

SOFCSOFC

PEMPEM


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

20.

5.9

9 1

:00

20.

5.9

9 8

:00

20.

5.9

9 1

5:0

0

20.

5.9

9 2

2:0

0

21.

5.9

9 5

:00

21.

5.9

9 1

2:0

0

21.

5.9

9 1

9:0

0

22.

5.9

9 2

:00

22.

5.9

9 9

:00

22.

5.9

9 1

6:0

0

22.

5.9

9 2

3:0

0

23.

5.9

9 6

:00

23.

5.9

9 1

3:0

0

23.

5.9

9 2

0:0

0

24.

5.9

9 3

:00

24.

5.9

9 1

0:0

0

24.

5.9

9 1

7:0

0

25.

5.9

9 0

:00

25.

5.9

9 7

:00

25.

5.9

9 1

4:0

0

25.

5.9

9 2

1:0

0

26.

5.9

9 4

:00

26.

5.9

9 1

1:0

0

26.

5.9

9 1

8:0

0

27.

5.9

9 1

:00

27.

5.9

9 8

:00

27.

5.9

9 1

5:0

0

27.

5.9

9 2

2:0

0

28.

5.9

9 5

:00

28.

5.9

9 1

2:0

0

28.

5.9

9 1

9:0

0

29.

5.9

9 2

:00

29.

5.9

9 9

:00

29.

5.9

9 1

6:0

0

29.

5.9

9 2

3:0

0

30.

5.9

9 6

:00

30.

5.9

9 1

3:0

0

30.

5.9

9 2

0:0

0

31.

5.9

9 3

:00

Zeitstempel

Leistung [kW]

Überschrei-tungslast

Überschrei-tungslast

SpitzenlastSpitzenlast

Mittel-last

Mittel-last

Grund-last

Grund-last

Grundlastbezug vom NetzGrundlastbezug vom Netz

EnergiemanagementEnergiemanagementErzeugung, Speicherung, Verbrauch, Reserve

Mittellastbezug vom Mittellastbezug vom Netz oder EigenerzeugungNetz oder Eigenerzeugung

EigenerzeugungEigenerzeugung

Ziel: Effizienzsteigerung durch gezielte Integration dezentraler

mit zentralen Erzeugungssystemen

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