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Prof. Dr. R. Simon, TSB Michael Küster, VSE AG FAHRPLANOPTIMIERTE BETRIEBSWEISE VON KWK - ANLAGEN 12. KWK Impulstagung Dezember 2018
Prof. Dr. R. Simon, TSB
Michael Küster, VSE AG
FAHRPLANOPTIMIERTE BETRIEBSWEISE
VON KWK - ANLAGEN
12. KWK Impulstagung
Dezember 2018
Transferstelle Bingen 2
Konsequenzen des Ausbaus der EE-Stromerzeuger
• Stromerzeugung vor allem auf der Basis
von Wind und Sonne kann nicht kontin-
uierlich erfolgen fluktuierende
Einspeisung
• Um die notwendigen hohen Anteile des
CO2-freien Stroms zu bekommen,
müssen Überschusssituationen
organisiert werden.
Auswirkung auf die Strommärkte
Auswirkung auf die Netzführung
Flexibilisierung der KWK bedeutet
höhere Wertschöpfung und passt in
die Energiezukunft
Aktueller Stand vom Apr. 2018: über 1.000 h/a
Rückspeisung aus dem EWR Netz in 2017
Transferstelle Bingen
Regelenergiemärkte
• Regelenergiemärkte sind
Startmärkte für die Flexibili-
sierung. Es sind die am ein-
fachsten zu erreichenden
Märkte
• Abrufe v.a. in der Sekundär-
regelleistung haben deutlich
zugenommen
SRLpos - Entwicklung
SRLneg - Entwicklung
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Transferstelle Bingen
Regelenergiemärkte
• Regelenergiemärkte sind
Startmärkte für die Flexibili-
sierung. Es sind die am ein-
fachsten zu erreichenden
Märkte
• Abrufe v.a. in der Sekundär-
regelleistung haben deutlich
zugenommen
• Die Leistungspreise sind in
den letzten Jahren gesunken
Leistungspreis in € / MW a
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Regelenergiemärkte
• Regelenergiemärkte sind
Startmärkte für die Flexibili-
sierung. Es sind die am ein-
fachsten zu erreichenden
Märkte
• Abrufe v.a. in der Sekundär-
regelleistung haben deutlich
zugenommen
• Die Leistungspreise sind in
den letzten Jahren gesunken
Regelenergiemärkte finan-
zieren den Startaufwand der
Flexibilisierung. Bei ihnen
muss die Flexibiliserung aber
nicht stehen bleiben …
Leistungspreis in € / MW a
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Simon, Küster 6
Spotmarkt: Day-Ahead2016
Simon, Küster 7
Spotmarkt: IntraDay2016
Simon, Küster 8
Spotmarkt: IntraDay2016, 2017
Simon, Küster 9
Spotmarkt: IntraDay2016, 2017 und 2018
Transferstelle Bingen 10
Entwicklung der Spotmärkte (DayAhead) 2/2
Anzahl positiver und negativer Extrempreise in der EU
Quelle: Energy Brainpool, 2017
Transferstelle Bingen
Stromwertigkeit Faktor 1: Zeitpunkt der Stromerzeugung
Erfolgt Stromeinspeisung verstärkt in Zeiten (relativ) hoher Börsenpreise,
können Mehrerlöse (z. B. gegenüber dem üblichen Preis) generiert werden.
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Transferstelle Bingen
Stromwertigkeit Faktor 1: Zeitpunkt der Stromerzeugung
Zeitlich ungünstige Einspeisung kann aber zu „minderwertigem
Einspeiseprofil“ führen (Direktvermarktungserlös < üblicher Preis)
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Transferstelle Bingen
Stromwertigkeit Faktor 2: Prognostizierbarkeit
• Vermarkter verkaufen Strom i.d.R. Day-Ahead
• Um Fahrplan erstellen und veräußern zu können, muss die KWK-
Stromerzeugung bereits am Vortag geplant / prognostiziert werden
• Wird Fahrplan nicht eingehalten, werden Abweichungen über
Ausgleichsenergie glattgestellt
• Preise für Ausgleichsenergie sind sehr volatil (häufig auch negativ) und
nicht planbar
• Beispiel: Anlage erzeugt abweichend vom Fahrplan zu viel Strom,
Ausgleichsenergiepreis ist negativ: Für erzeugten Strom muss Geld
gezahlt werden.
• Aber auch umgekehrt denkbar: Für abweichend vom Fahrplan nicht er-
zeugten Strom wird Geld gezahlt.
Prognostizierbarkeit minimiert Ausgleichsenergierisiken
(Vermarkter werden diese immer einpreisen)
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Simon, Küster
Regelenergie existiert auch in der Gaswirtschaft
• Der Markt im Überblick
– Netzstabilisierung erfolgt
überwiegend über Börse im
kontinuierlichen Handel
– Absicherung über longterm
options (LTO) mit
Leistungspreisen im
Auktionsverfahren; Einsatz nur
bei Nichtverfügbarkeit der Börse
• Leistungspreisentwicklung
lange vergleichbar mit
MRL/SRL
• Leichte
Marktregeländerungen führen
zu Wiederbelebung 14
Simon, Küster
VSE: Unser Flexibilitätspool
• Gebündelte Leistung: ~ 780MW
• MRL: 70%
• SRL: 30%
• Alle Regelzonen
• V. a. Ausbau der Sekundär-
reserveanlagen
Strom
• Gebündelte Leistung ~780MW
NCG und GASPOOL
H- und L-Gas
• Einsatz
in short- und longterm Options
Im 24/7-Börsenmarkt
Gas
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Simon, Küster
VSE: Beispiele für die Flexibilitätsvermarktung
Stadt-/Gemeindewerke
BHKW
NEA
Biomasse
Gasspeicher (Kugeln/Röhren)
Rechenzentren
NEA
Krankenhäuser
BHKW
NEA
Filialisten
BHKW
NEA
Industrie (Automotive, Stahlwerke,…)
NEA
GuD / BHKW
DSM (Gas und Strom)
Abfallverwertungs- anlagen
Kläranlagen
BHKW
NEA
…
Anlagengröße bis
min. 50kW;
mittelfristiges Ziel
<20kW
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Simon, Küster
Exkurs: 18.10.18: (vorübergehende) Entwertung eines
bisher essentiellen Marktes
nach 18.10.2018 vor 18.10.2018
AP = 250€/MWh
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Simon, Küster
Weder wird es aktuell günstiger noch versorgungssicherer
Quelle: Energieforen Leipzig, Oktober 2018
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Simon, Küster
Unsere Erwartung: Flexibilität behält ihren Wert
Aktuell Konsolidierungsphase.
Steigender Markt ab 2020!
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Simon, Küster
Daraus leiten wir für uns ab
• Flexibilitäten werden in der Energiewirtschaft Wert behalten und im Strom
insbesondere in positiver Lieferrichtung Zuwachs erfahren.
• Durch regulatorische Vorgaben werden einzelne Märkte (Regelenergie)
zeitweilig beeinflusst.
• Diversifizierung der Optimierungsprodukte und Handelszugänge sichert
nachhaltig stabile Erlöslage.
• Digitalisierung und Automatisierung ermöglichen
– effiziente Einbindung auch kleinerer Erzeugungsanlagen in die Handelswelt
– Schnelle Anpassbarkeit an sich ändernde Rahmenbedingungen der Märkte
– Implementierung neuer Märkte und innovativer Optimierungsmodelle
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Simon, Küster
Nutzen am Beispiel einer 14MW KWK-Anlage
Prämissen:
– 14 MW elektrisch
– 50 MW Gas
– Wärmebedarf gänzlich von
Heizkessel substituierbar
– Verlustfreier Wärmespeicher
100 MWh
– Marktpreise Strom aus 2016
– Grenzkosten: 30€/MWh
Ziel:
Umfassende ganzheitlich marktbe-
zogene Optimierung des Strom-
Erzeugungslastgangs
Einbeziehung des flexiblen Gasbezugs
Vollständige Erfüllung der Wärmebe-
darfsverpflichtung unter Einbeziehung
des Kessels sowie des Speichers
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Simon, Küster
Wesentliche Kriterien: Stromhandelsmärkte
• Handel heute für
morgen
• Auktionsverfahren
• Markträumungspreis
• Gebotsabgabe bis
12.00Uhr
• Produkte:
– Stunden
– Blockgebote (u. a.
base / peak)
• Mindestens 0,1MW
Termin-
markt
Day ahead/
Spot
Intraday
• Handel kontinuierlich
• Pay as bid
• Gebotsabgabe ab
15.00Uhr bis 5 Minuten
vor phys. Erfüllung
• Produkte:
Stunden
¼ Stunden
(½ Stunden)
• Mindestens 0,1MW
• Produkte:
Tage
Wochenenden
Wochen
Monate
Quartale
Jahre
Base/peak/off peak
• Mindestens 1MW
Zzgl. Regelenergie
MRL/SRL
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Simon, Küster
Wirtschaftliche Flexibilisierungskaskade
Terminmarkt
Spotmarkt
Intraday
Bei Vertragsabschluss D-1 D D (optional)
Stunde Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag
1 21,19 26,09 29,54 29,38 27,34 28,69 29,48
2 18,98 23,90 27,99 27,26 26,38 26,92 27,23
3 17,14 22,98 26,76 25,91 25,25 25,35 25,87
4 16,32 22,05 26,27 25,15 25,27 25,70 25,30
5 16,40 22,90 26,95 26,02 26,06 26,63 24,60
6 16,35 26,75 29,38 28,68 28,94 28,99 24,70
7 16,30 35,14 38,04 37,52 36,94 36,97 25,55
8 18,47 44,08 47,33 47,35 45,82 44,27 28,32
9 21,01 45,32 49,68 49,03 47,52 46,23 31,90
10 22,18 43,56 47,16 46,21 44,37 44,28 33,29
11 21,92 41,97 44,97 44,14 42,06 42,47 31,63
12 23,34 40,77 43,79 43,25 40,77 41,54 30,05
13 20,69 38,25 40,41 40,42 37,76 38,37 28,01
14 16,07 37,24 39,63 39,63 36,64 35,96 25,16
15 14,35 37,34 39,52 39,73 35,99 34,52 23,65
16 16,03 38,58 40,70 40,29 37,39 35,69 25,56
17 20,77 40,37 42,28 42,83 39,07 37,77 28,20
18 28,37 45,95 47,51 48,33 43,55 42,40 32,91
19 34,07 48,98 50,64 50,74 46,04 44,62 36,02
20 36,29 48,73 49,51 49,54 45,71 44,97 36,59
21 34,74 44,36 44,95 44,65 41,22 41,30 33,35
22 32,42 39,80 39,42 39,49 37,74 37,90 30,56
23 32,61 36,58 36,47 35,78 35,06 36,21 29,91
24 25,45 30,49 31,18 29,81 30,57 31,60 25,12
Input
Flexmärkte
MRL / SRL
Algotrading
Zunahme Digitalisierung und Automatisierung
Output
4x ¼h neg.
MRL
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Simon, Küster
Exkurs Algotrading: hier Intraday Strom 1h, ¼ h
Flexmärkte
Hier:
Algotrading
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Simon, Küster
Wesentliche Kriterien: Gashandelsmärkte
• Handel heute für
morgen
• Kontinuierlicher Handel
• Pay as bid
• Produkte: – Day-Ahead
– Weekend
– Saturday
– Sunday
– Allg. Orderbook und
physische Oderbücher
H-/L-Gas
• Mindestens 1MW
Termin-
markt
Day ahead
Intraday
• Handel kontinuierlich
• Pay as bid
• Handel bis 3 Stunden vor
phys. Erfüllung
• Produkte:
RoD / WID
(Stunden)
Allg. Oderbook und
physische Orderbücher
H-/L-Gas
• Mindestens 1MW
• GASWIRTSCHAFTSTAG!
• Produkte:
Kalendermonate
Quartale
Saisons/Halbjahre
(Sommer/Winter)
Kalenderjahre
Mindestens 1MW
Zzgl. Regelenergie
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Simon, Küster
Preissignale regeln die Technik: Unsere Prozesslandschaft
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Simon, Küster
Nutzen am Beispiel einer 14MW BHKW-Anlage
• Prämissen/Ausgangsszenario:
– ~14 MW elektrisch
– 50 MW Gas
– Wärmebedarf gänzlich von Heizkessel
substituierbar
– Verlustfreier Wärmespeicher 100 MWh
– Marktpreise Strom aus 2016
– Grenzkosten: 30 €/MWh
• Ergebnisse : Zusatzerlöse bei optimierter
Fahrweise:
Variante „RE“
– Basis: Termin und Spot: 100%
– Spotmarkt-Intraday Optimierung Strom:
zzgl.+30%
– Regelenergievermarktung Strom
(MRL/SRL): zzgl. +15%. *)
– Regelenergie/Spot Gas: zzgl. +5%
Resultierend: +ca. 50% gegenüber Basis
*) vor Marktraumumstellung Oktober_2018 27
Variante „Flex“ - Basis: Termin und Spot: 100%
- Spotmarkt-Intraday Optimierung Strom: zzgl.+30%
- 1h-Flexoptimeriung Strom (Ø 5MW/a) und
¼h-Flexoptimierung Strom (Ø 5MW/a):zzgl. +30%
- Regelenergie/Spot Gas: zzgl. +5%
Resultierend: +ca. 65% gegenüber Basis
.
Simon Process Engineering GmbH
Kopernikus „ENavi“: Energiemodelle der Zukunft
• Fördervolumen des Gesamtkonsortiums „Enavi“: ~100 Mio.€ für 10 Jahre
• Konsortialführer IASS Potsdam
• Laufzeit 3 + 7 Jahre
• Partner:
• Gesamt: rund 90
• 64 Wissenschaftsinstitutionen
• Zzgl. Verbände, Wirtschaftsunternehmen,
Gemeinden
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Simon Process Engineering GmbH
Vom Fahrplangenerator zur Marktoptimierung
Aufbau einer Intelligenz zur marktorientierten Fahrweise von Anlagen unter
Nutzung vorhandener bzw. Schaffung neuer Energiespeichermöglichkeiten
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Fahrplangenerator
• Wärmebedarfsprognose - Wetterprognose - Gebäudestruktur - Nutzerverhalten
• Marktdaten - Regelenergiemärkte, - Spotmärkte
Virtuelles Kraftwerk
Marktoptimierte Anlagen
• Batterien
• Kraft-Wärme-Kopplung
• Wärmepumpen, Élektro-heizer
• Pumpen, Verdichter, Gebläse
• Industrielle/gewerbliche Stoffspeicher
• …
Simon Process Engineering GmbH
Bedarfsprognose ist die Basis des Fahrplangenerators
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Transferstelle Bingen
Abschlussfolie
• Die Entwicklung der Spotmärkte wird immer mehr interessante Preis-
spitzen aufweisen
• Diese resultieren aus einem Überangebot oder einem Mangel an den
fluktuierenden Stromquellen
• Die Kraft-Wärme-Kopplung in der stromorientierten Fahrweise mit
Sicherstellung der Wärmeversorgung wird eine immer größere Bedeutung
bekommen (FuelSwitch).
notwendig:
Nutzung von Speichern und damit Flexibilisierung, d.h. niedrigere
Volllaststundenzahl zur Realisierung von lokalen Märkten (z. B. Peak
Shaving) und übergeordneten Märkten (Regelenergie, Spotmärkte)
hohe Automatisierung von der Wärmeprognose zum Energiehandel bis
hin zur Umsetzung von Fahrpläne
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Heute schon die Technik für morgen
wirtschaftlich betreiben
Kontakt Prof. Dr. Ralf Simon
Transferstelle Bingen
Kontakt Michael Küster
VSE AG
