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
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Inhalt
Einführung
Entwicklung von dezentraler Energieumwandlung in Deutschland
Regulierung
Technische Erfahrungen
Zusammenfassung
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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
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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
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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
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