mikro kwk und virtuelle kraftwerke – neue energielandschaften

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Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke –

Neue Energielandschaften

Augsburg, 7. Oktober 2010

RENEXPO, Messe Augsburg

Michael Steck, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.

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Eneff:Stadt – Auslegung und intelligentes Management optimierter

Energieversorgungsstrukturen auf Quartiersebene

Die Aktivitäten der FfE auf dem Gebiet „Verbund dezentraler

Anlagen“ werden von SWM und EWE finanziert und vom

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

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Energiekonzept: Ausbau Erneuerbarer

18 %

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1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2020 2030 2040 2050

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Historischer Verlauf : Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), 2010

Zukünftiger Verlauf: Energiekonzept - Neun Punkte für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung.

Berlin: Bundesregierung Deutschland, 2010

Klimaziele laut Energiekonzept 2010

©FfE BMWi-0002 Flexibilisierung von DEA_00362

Der starke Ausbau fluktuierender Einspeiser erfordert

vermehrt Regelleistung – KWK kann hierzu einen wichtigen

Beitrag leisten.

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Akteure des Strommarkts

BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler)



ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber)

BKV meldet Fahrplan (Bezug und Lieferung des BK)

Haushaltskunden Kumulierte Verbrauchsprognose

Industriekunden Individuelle Verbrauchsprognose

Erzeugungsanlagen Fahrplan nach Einsatzoptimierung

Kleinerzeuger Kumulierte Prognose

EEG-Anlagen Ausgliederung in eigenen Bilanzkreis

EEG-Bilanzkreis

5 5

Behandlung von Prognoseabweichungen


ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber)

Vortägiger

Fahrplan

VNB (Verteilnetzbetreiber)

Istwert BKV regelt selbst aus (Bilanzkreismanagement) Vertrag: • intern, bilateral

Abweichung

ÜNB saldiert und setzt ggfs. Regelleistung ein Vertrag: • öffentliche Ausschreibung • Präqualifikation • Arbeits- und

Leistungspreis

KWK-Anlagen können einen wichtigen Beitrag zur Netzqualität leisten

6 6

KWK-Anlagen und Minutenreserve

Jährliche Erlöse bei durchgängigem Angebot

Leistungspreise 2008

– Positive Minutenreserve 48.305 Euro/MW

– Negative Minutenreserve 23.642 Euro/MW

Leistungspreise 2009



Leistungspreise 1.7.2009 – 30.6.2010



7 7

1 5 9 13 17 21

Ele

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Pmin -

Pmax -

Theoretisch vermarktbare Minutenreserve

Positive Minutenreserve (Im Abruffall: Notkühler, Speicher)

Negative Minutenreserve (Im Abruffall: Kessel, Speicher)

Unterhalb Mindestleistung für schnellstartende Anlagen nutzbar

Probleme durch eine Prognoseabweichung • Gemeldeter Fahrplan weicht ab • Vereinbarte Leistungsbereithaltung/Energielieferung wird verletzt

Lösungen • Abweichungen intern ausregeln • Reduzierte Regelenergievermarktung

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BHKW 1

BHKW 2

Kessel 1

Kessel 2Speicher 1 Speicher 2

Verbraucher

V1 V2 V3

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Q Q

Sp

Simulationsmodell

Untersuchungsobjekt 2 BHKW mit Spitzenlastkessel und Speicher Gemeinsame thermische Last (Prognose und Istwerte über 250 Tage) Optimierungsverfahren: Gemischt Ganzzahlige Lineare Programmierung Rechenzeit: 1 bis 5 Minuten pro Betrachtungstag inkl. 23 Resttagoptimierungen

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Speicherkonzepte

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0 2 4 6 8 10 12 14

Füll

stan

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/MW

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Zeit in h

Speicherfüllstand Strompreis

Hoher Preis-> Verkauf -> Speicherbeladung

„Marktspeicher“ „Regelspeicher“

Die Größe des Marktspeichers kann über die nutzbare Größe in der Vortagsplanung eingestellt werden, die Größe des Regelspeichers ergibt sich aus dem Freiheitsgrad zum Zeitpunkt der Prognoseabweichung.

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1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27Zeit in h

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Füllstand

Progn. th. Last

Reale th. Last

oder

10 10

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Zeit in h

Progn. th. Last

reduzierte Prognose

Reale th. Last

Reduzierte Prognose

Vorteil einer reduzierten Prognose: Überproduktionen und Fahrplanabweichungen werden reduziert. Nachteil einer reduzierten Prognose: Unterproduktionen, die durch den Kessel ausgeglichen werden müssen, treten verstärkt auf.

Durch eine reduzierte Prognose lassen sich elektrische Fahrplanabweichungen reduzieren, allerdings steigt der Anteil der ungekoppelten Stromerzeugung.

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Prognostizierter und realer Lastverlauf

Vortagsfahrplan*) (Basierend auf der Prognose)

Tatsächlicher Fahrplan*) (Ergebnis nach allen Änderungen)

Leis

tun

g

Leis

tun

g

• Direktvermarktung von KWK erfordert Prognoseerstellung • Hoher Einfluss der Prognosegüte auf die Erlöse • Simulation berücksichtigt Prognoseabweichungen und untersucht

die resultierenden Erlöse

*) Die Ergebnisse des Vortagsfahrplans werden als ex ante und die Ergebnisse, wie sie sich in der Simulation am Ende des Tages nach allen Resttagoptimierungen ergeben, als ex post bezeichnet.

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Speicherbewirtschaftung

Zielkonflikt: Speichernutzung für Prognoseabweichungen oder für Folgetagoptimierung nutzen?

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d10050b d20b d21b d22b

Erlö

se

Ex Post Erlöse Ex Ante Erlöse

unbegrenzter Markt- und RegelspeicherBK-Abweichung: 0,0%

50% Marktspeicher,50% Regelspeicher,BK-Abweichung: 3,1%

100% Marktspeicher,BK-Abweichung: 4,5%

100% Regelspeicher,BK-Abweichung: 0,5%

13 13

Vergleich der Minutenreservevermarktung

Durch eine reduzierte Prognose*) und eine Speichervorhaltung für Prognoseabweichungen lassen sich die Bilanzkreisverletzungen reduzieren.

*) Reduzierte Prognose bedeutet, dass nur 90% der prognostizierten thermischen Last in die Einsatzplanung einfließen. Wärmeüberpro-duktionen treten dadurch seltener auf, Unterproduktionen können mit dem Kessel ausgeglichen werden.

50%

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0_2 LP3 AP0 0_2 LP2 AP0 0_2 LP2 AP1 0_2 LP2 AP1 redP 1_2 LP2 AP1 1_2 LP2 AP1 redP

Erlö

se

Ex Post Erlöse Ex Ante Erlöse

100% Marktsp.Kein MR-Abruf

100% Marktsp.MR-AP 72 €/MWh

100% Marktsp.reduzierte ProgMR-AP 72 €/MWh

100% Marktsp.Max. MR LPKein MR-Abruf

50% Regelsp.reduzierte Prog.MR-AP 72 €/MWh

50% Regelsp.MR-AP 72 €/MWh

Bilanzkreis-verletzung:< 4,4%


Bilanzkreis-

verletzung:< 1,2%

Bilanzkreis-

verletzung:< 3,1%

Bilanzkreis-

verletzung:< 1,9%


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Erlö

se

wärmegeführt DA-Vermarktung DA- / MR-Vermarktung(mittlerer Leistungspreis)

DA- / MR-Vermarktung

(max. Leistungspreis)

Wärme-erlös

Betriebs-kosten

VermiedeneNetznutzung

KWK-Bonus

Stromerlös

+0,2% (+3,7%) +9,3% (+13,0%)+7,0% (+10,6%)

Vergleich der Vermarktungspfade (geförderte Anlage)

Durch eine optimierte Direkt- und Regelenergievermarktung ließen sich ohne Prognoseabweichungen Zusatzerlöse von bis zu 13 % erwirtschaften, durch Prognoseabweichungen reduzieren sich die Zusatzerlöse auf max. 9,3 %.

Zusatzerlöse ex post (ex ante)

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Vergleich der Vermarktungspfade (ungeförderte Anlage)

Bei Anlagen ohne KWK-Förderung sind die Zusatzerlöse identisch, fallen jedoch stärker ins Gewicht.

-80%

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Erl

öse

wärmegeführt DA-Vermarktung

DurchschnittspreisDA- / MR-Vermarktung(mittlerer Leistungspreis)

DA- / MR-Vermarktung(max. Leistungspreis)

Wärme-erlös

Betriebs-kosten

Stromerlös

+6,6% (+9,8%) +17,8% (+21,1%)+14,8% (+17,9%)

16 16

Zusammenfassung

Aus der durchgeführten Simulation mit 2 KWK Anlagen lassen sich folgende Zusatzerlöse einer ungeförderten Anlage ableiten: Zusatzerlöse aus Direktvermarktung (Day-Ahead-Markt): • Prognostiziert (ohne Prognoseabweichung): + 9,8 % • Unter Berücksichtigung von Prognoseabweichungen: + 6,6 % Zusatzerlöse aus Direkt- und Minutenreservevermarktung: • Prognostiziert (ohne Prognoseabweichung): + 17,9 … 21,1 % • Unter Berücksichtigung von Prognoseabweichungen: + 14,8 … 17,8 % Bei der Direktvermarktung können nicht alle Fahrplanabweichungen korrigiert werden, vereinzelt treten durch Über- und Unterproduktionen Bilanzkreisverletzungen auf.

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Michael Steck

+49 (89) 158121-22

[email protected]

Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.

Am Blütenanger 71

80995 München

http://www.ffe.de

mailto:[email protected]

http://www.ffe.de/

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• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (billig)

• th. Speicher

Schema eines Regelleistungsabrufs 1/3

• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (teuer)

• th. Speicher

Zentrale

2

el. Last (Prognose)

KWK1

ÜNB …

KWK2

ÜNB… Übertragungsnetzbetreiber SLK… Spitzenlastkessel

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• th. Speicher



• th. Speicher

Zentrale

2

KWK1

ÜNB …

KWK2

neg. Reserveabruf


20 20


• th. Speicher



• th. Speicher

Zentrale

2

KWK1

ÜNB …

KWK2

neg. Reserveabruf


21 21

Ausblick

Erweiterung der Simulation auf mehrere KWK-Anlagen unterschiedlicher thermischer Lastgänge und Untersuchung des Einflusses der Prognoseabweichungen: Vereinfachter Ausgleich der Abweichungen und damit verbesserte Wirtschaftlichkeit durch Skaleneffekte?

mikro kwk und virtuelle kraftwerke – neue energielandschaften

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