Themenblock 4:Markt- und Systemintegration von EE
ForWind Academy / HDT am 16. September 2014, Bremen„Direktvermarktung von Windstrom – Was ändert sich durch das neue EEG für Anlagenbetreiber?“
Dipl.-Ing. Josef Werum in.power GmbH, Mainz
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Inhalt
• Von der Natur lernen: Swimmy - Der kleine kluge Fisch • Vom Pilotprojekt zum Marktmodell • Technische Voraussetzungen • Stufen der Markt- und Systemintegration • Regelenergie aus fluktuierender Erzeugung (Wind/PV)• Blick nach vorne
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Einführung
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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Einführung
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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Einführung
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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Einführung
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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…es ist eigentlich kinderleicht…
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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…nur gemeinsam sind wir stark!
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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Einführung
Leo Lionni „Swimmy” © 1963, 2004 für die deutschsprachige Ausgabe Beltz & Gelberg in der Verlagsgruppe Beltz, Weinheim/Basel
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in.power energy networkEntstehungsgeschichte - Zeitstrahl
Vorbe-reitung
GO LIVETestphase und Erweiterung(Marktzugang wird über Gesetze erschwert)
Pilot-Start zum 01.08.2007
2007
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2008 2009 2010 2011
100 MW 250 MW 500 MW *
Einweihung i.pccin.power controlCenter am 30.04.2011
* Stand: 31.12.2011, 498 MW, 38 Windparks, eine Biogasanlage
2012
1. Börsenhandel mit Windstromzum 01.10.2007
600 MW **
** Stand: 01.02.2013
in.power wird bundesweiter Messstellen-betreiber
2013
+ MaPrVEEG 2012EEG 2004 EEG 2009
2014
Gründung: in.power meteringund grün.power GmbH
Start Datenportal:in 10.2013
610 MW ***
*** Stand: 01.02.2014
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1. Schritt: Einsatz von „Smart Metering“ zur Messwerterfassung
EinspeisungVerbrauch
Möglichkeit zur Zählerfernauslesung aber nicht zur Steuerung
Energiedatenmanagement
Abrechnungssysteme
Kraftwerks-einsatzplanung
und Last-management
Haushalt Industrie/Gewerbe
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2. Schritt: „Smart Metering“ + Ansteuerung
EinspeisungVerbrauch
Möglichkeit zur Zählerfernauslesung und zur Steuerung von Erzeugung und Verbrauch
Energiedatenmanagement
Gesamtkoordination
Abrechnungssysteme
Verbesserte Kraftwerks-
einsatzplanung und Last-
management
Haushalt Industrie/Gewerbe
Beispiel für steuerbare Anlage
13Quelle: Studie Holzhammer/Rohrig/Hochloff et al., Flexible Stromproduktion aus Biogas und Biomethan –Einführung einer Kapazitätskomponente als Förderinstrument, Kassel, 29. April 2011
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Mögliche Stufen der Markt- und Systemintegration• (1. Stufe)
Umsetzung der Direktvermarktung:Marktprämie, Grünstromprivileg, sonstige Direktvermarktung
• (2. Stufe)Bei steuerbaren Anlagen:Verlagerung in den peak-BereichVerminderung der Erzeugung im off-peak-BereichBei steuerbaren und FEE-Anlagen:Umsetzung der Fernsteuerbarkeit und Regelbarkeit
• (3. Stufe)Aufnahme der steuerbaren und FEE-Anlagen in den Regelenergiemarkt
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in.power Kernprozess
2. KWK-Anlagen
1. EEG-Anlagen
BHKW
in.power control center (i.pcc)
16
4. BHKW / KWK-Optimierung
3. Regelenergiebereitstellung
1. Grünstromprivileg
2. Marktprämienmodell
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17
in.power-Diplomarbeiten (1-16)
• Teilnahme von Windkraftanlagen am Minutenreservemarkt (Technische Universität Berlin, Dezember 2007)
• Optimierung von Prozessen im Stromhandel und in der nachgelagerten Abwicklung zur Direktvermarktung von Strom aus Erneuerbaren Energien(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Wirtschaft, Studiengang Energiewirtschaft, Januar 2008)
• Erstellung einer Online-Erfassung zur Direktvermarktung von Strom aus erneuerbaren Energien(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Elektrotechnik, Mai 2008)
• Planung und Erstellung eines Datenwarenhauses als Grundstein für ein virtuelles Kraftwerk (zwei Diplomarbeiten)(FH Wiesbaden, Fachbereich DIM, Studiengang Allgemeine Informatik, August 2008)
• Möglichkeiten der Direktvermarktung von Erneuerbaren Energien in Österreich (Hochschule Darmstadt, Fachbereich Wirtschaft, Studiengang Energiewirtschaft, Januar 2009)
• Direktvermarktung von Erneuerbaren Energien auf dem spanischen Energiemarkt(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Elektrotechnik, Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen, März 2009)
• Energiewirtschaftliche Auswertung und Modellierung eines Virtuellen Kraftwerksam Beispiel des Pilotprojektes der in.power GmbH(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Wirtschaft, Studiengang Energiewirtschaft, April 2009)
• Markt- und Systemintegration von Erneuerbaren Energien – rechtliche Rahmenbedingungen und möglicher Handlungsbedarf (Hochschule Darmstadt, Fachbereich Wirtschaft, Studiengang Energiewirtschaft, August 2009)
• Erweiterung des in.power energy networks um BHKW- und KWK-Anlagen(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Elektro- und Informationstechnik, August 2010)
• Entwicklung und Automatisierung von Analyseschnittstellen und Simulationsfunktionen innerhalb des in.power energy managers (i.pem)(FH Wiesbaden, Fachbereich DIM, Studiengang Allgemeine Informatik, August 2010)
• Wirtschaftliche Optimierungsmethoden und Risikomanagement für BHKW-Direktvermarktung(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Elektrotechnik, Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen, September 2010)
• Konzeption und Umsetzung eines in.power Kontrollplatzes (in.power control center – i.pcc) zur Überwachung / Steuerung virtueller Kraftwerke(FH Bingen, Fachbereich Elektrotechnik, Juli 2011)
• Steuerung und Regelung eines virtuellen Kraftwerks unter Verwendung des in.power control center (i.pcc)(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Wirtschaft, Studiengang Energiewirtschaft, August 2011)
• Evaluation und Optimierung der Windleistungsprognose im Rahmen des in.power energy network(Hochschule Darmstadt, Fachbereich Wirtschaft, Studiengang Energiewirtschaft, März 2012)
• Bereitstellung von Regelenergie durch Windkraftanlagen(FH Bingen, Fachbereich Maschinenbau, Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen, August 2012)
• Weitere Arbeiten folgen…
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Regelenergie
Frequenz [Hz]
0 -+
Erzeugung Verbrauch
Frequenz [Hz]
0 -+
ErzeugungVerbrauch
Abruf positiver Regelenergie durch:- Erhöhung der Erzeugung und/oder
Verminderung des Verbrauchs
Erzeugung und Verbrauch im Einklang
Regelenergiearten
• Primärregelung – Aktivierungsgeschwindigkeit: < 30 Sekunden– Typische Anlagen: Überwiegend thermische
Großkraftwerke / PSW• Sekundärregelung
– Aktivierungsgeschwindigkeit: < 5 Minuten– Typische Anlagen: Pool aus thermischen und hydraulischen
Kraftwerken / PSW• Tertiärregelung (Minutenreserve)
– Aktivierungsgeschwindigkeit: < 15 Minuten– Beliebiger Pool aus Erzeugern und Lasten
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Primär-regelleistung
(PRL)
Sekundär-regelleistung
(SRL)
Minuten-reserveleistung
(MRL)Aktivierung Automatisch Automatisch Automatisch
Vollständige Aktivierung innerhalb
30 Sekunden 5 Minuten 15 Minuten
Erbringungsdauer max. 15 Minuten max. 60 Minuten max. 4 Stunden
Mindestangebotsgröße 1 MW 5 MW 5 MW
Ausschreibung Wöchentlich Wöchentlich Täglich
Regelleistungsprodukte
20
MotivationEntwicklung des Anteils der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
2012 2020 2050
Erneuerbare Energien
Konventionelle Erzeugung
Quelle: Dena, Netzstudie 2; Bundesregierung, Energiekonzept
21
Kraftwerkspark in Deutschland
Wind
PV
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
konventionell EE davon fEE
MW
PV
Wind
22Bruttostromerzeugungskapazität in 2011 (Quelle: BMU)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
40.000
Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13
MW
Geothermie
Gase
Wasserkraft
Windenergie offshore
Biomasse
Solarenergie
Windenergie onshore
Direktvermarktung als Voraussetzung für die Regelenergie
23Quelle: Daten: eeg-kwk.net
Entwicklung der Direktvermarktung nach Marktprämie
Regelenergie Ausschreibung
-3.000
-2.000
-1.000
0
1.000
2.000
3.000
PRL SRL MRL
MW
positiv
negativ
24Stand: November 2013
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Winter (0‐24 Uhr) Frühling (0‐24 Uhr) Sommer (0‐24 Uhr) Herbst (0‐24 Uhr)
Abruf nMRL [MW]Einspeiseleistung [MW]
Windeinspeisung (Mittelwert) PV‐Einspeisung (Mittelwert) nMRL‐Abruf (Mittelwert)
durchschnittlicher Tageslastgang im Quartal
Eignung Wind/PV zur Abdeckung nMRL (Daten 2012)
25
Skalierung:Faktor 10
Quelle: Daten: eeg-kwk.net, regelleistung.net
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
MW
Windeinspeisung PV‐Einspeisung nMRL
Eignung Wind/PV zur Abdeckung nMRL (Daten 2012)
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Bis auf 2 Stunden des Jahres (15.03.2012, 18 Uhr und 25.03.2012, 2 Uhr) hätten Wind + PV den nMRL-Abruf komplett abdecken können. Unter Berücksichtigung sonstiger EE (Biomasse, Wasserkraft, etc.) wäre eine vollständige Abdeckung aller nMRL-Abrufe im Jahr 2012 problemlos möglich gewesen.
Quelle: Daten: eeg-kwk.net, regelleistung.net
01.01.2012 31.12.2012
Bereitstellung negativer Regelleistung
27Quelle: regelleistung.net, Musterprotokoll Minutenreserveleistung
Bereitstellung von Regelleistung durch Windkraftanlagen
28
-5
0
5
10
15
20
25
14:5
415
:22
15:5
016
:18
16:4
617
:14
17:4
218
:10
18:3
819
:06
19:3
420
:02
20:3
020
:58
21:2
621
:54
22:2
222
:49
23:1
723
:45
00:1
300
:41
01:0
901
:37
02:0
502
:33
03:0
103
:29
03:5
704
:25
04:5
305
:21
05:4
906
:17
06:4
507
:13
07:4
108
:09
08:3
709
:05
09:3
310
:01
10:2
910
:57
11:2
511
:53
12:2
112
:49
13:1
7
Leis
tung
[MW
]
Theoretische Bereitstellung von 5 MW negative MRL, Variante I: Bereitstellung aus abgeregeltem Zustand
Verfügbare Leistung nMRL Abruf Reduzierte Fahrweise
Bereitstellung von Regelleistung durch Windkraftanlagen
29
-5
0
5
10
15
20
25
14:5
415
:22
15:5
016
:18
16:4
617
:14
17:4
218
:10
18:3
819
:06
19:3
420
:02
20:3
020
:58
21:2
621
:54
22:2
222
:49
23:1
723
:45
00:1
300
:41
01:0
901
:37
02:0
502
:33
03:0
103
:29
03:5
704
:25
04:5
305
:21
05:4
906
:17
06:4
507
:13
07:4
108
:09
08:3
709
:05
09:3
310
:01
10:2
910
:57
11:2
511
:53
12:2
112
:49
13:1
7
Leis
tung
[MW
]
Theoretische Bereitstellung von 5 MW negative MRL, Variante II: Paralleles Abfahren der verfügbaren Leistung
Verfügbare Leistung nMRL Abruf Erzeugung mit Abruf
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in.power-Rückblick: Regelenergie mit Windkraftanlagen • Erste Diplomarbeit bei in.power bereits vor 5 Jahren:
„Regelenergie aus Windkraftanlagen“ Diplomarbeit, TU Berlin, 2007
• weitere Forschungsprojekte bei in.power:RegModHarz, BMU, 2008 bis Januar 2013Harz-EE-Mobility, BMU, 2010 bis 2011
• Zusammenarbeit mit Anlagenherstellern• unzählige Regelenergietests mit Windkraftanlagen: 2012 bis
2013
1. Day-Ahead-Prognose2. Reserven vorhalten (Redundanz)3. Angebot abgeben für Folgetag4. Intraday-Prognosen bzw. Nowcasting5. Bei Regelenergieabruf:
Einsatzoptimierung des Pools Leistungsreduzierung Nachregelung
Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung
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Regelenergie aus WindkraftZeitstrahl und Ausblick
Vorbe-reitung
Erste präqualifizierte Parks in der nMRL
Testphase
2011
32
2012 2013 2014
Umsetz-ung
Beginn möglicherPräqualifikationsverfahren
für Windparks
2015
33
in.power GmbHGeschäftsführung
Dipl.-Ing. Josef WerumAn der Fahrt 555124 Mainz
Telefon: +49 6131 – 696 [email protected]
www.inpower.de
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
