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The German Wind Power Experience – Integrating large Intermittent Generation Capacities in the Electricity Market Christian Schneller E.ON Netz GmbH, Bayreuth.

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Präsentation zum Thema: "The German Wind Power Experience – Integrating large Intermittent Generation Capacities in the Electricity Market Christian Schneller E.ON Netz GmbH, Bayreuth."—  Präsentation transkript:

1 The German Wind Power Experience – Integrating large Intermittent Generation Capacities in the Electricity Market Christian Schneller E.ON Netz GmbH, Bayreuth / Germany

2 Seite 2Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Facts & Figures Operational Challenges Economic & Legal Challenges Conclusions Agenda

3 Seite 3Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Wind Power Capacity 57,000 75,000 inst. cap. [in MW] Sources: dena, EWEA onshore offshore 10,000 70, ,096 30,000 48, ,000 Germany Europe

4 Seite 4Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Wind Power Geography Germany 22,096 MW E.ON Netz 8,687 MW 40 % 17 % D EU 27 56,535 MW Sources: EWEA, ISET as of Dec 31, 2007

5 Seite 5Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH E.ON Netz`s Perspective In 2007 renewables accounted for… 70% of E.ON Netz`s revenues > generators in E.ON`s grid zone 20% of gross power consumption within E.ON`s grid zone > 500 km new eHV lines currently in authorization procedures 380 kV-Lines Renewables have become a significant operational and economic factor.

6 Seite 6Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Facts & Figures Operational Challenges Economic & Legal Challenges Conclusions Agenda

7 Seite 7Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH The wind blows wherever it pleases. You hear its sound, but you cannot tell where it comes from or where it is going. John 3,8

8 Seite 8Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH 1st Challenge: Limited Availability… JanFebMarApril May June July Aug Sept Oct Nov Dec Back-up Capacity The wind blows when it wants. Wind Refinement +

9 Seite 9Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH … requires sufficient Back-up Generation. Wind power feed-in 2007 in E.ON grid: 26 MW MW Capacity credit of German wind turbines: 8 % (2006) -> 5 % (2020) Sufficient incentives for back-up generation? From NIMBY to BANANA? Back-up Capacity Refinement Who is responsible for refinement?

10 Seite 10Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH 2nd Challenge: Limited Predictability… Balancing Power It is hard to tell when the wind will be blowing Example E.ON control area Forecast Tools :00 h 03:00 h 06:00 h 09:00 h 12:00 h 15:00 h 18:00 h 21:00 h 00:00 h feed-in [MW] forecast wind energy feed-in MW

11 Seite 11Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH E.ON Netz P 1 (t) P n(t) Transformation P ges = Σa i P i + b i P i P (t) Backup … requires reliable Forecast Tools & Balancing Power. Balancing Power Forecast of Wind Speed & Direction Forecast error and gradients rise with capacity Will there be sufficient fast reacting generation units?

12 Seite 12Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH 3rd Challenge: Different Location of Wind & Demand… < 4 m/s 4 – 5 m/s > 5 m/s Grid Expansion The wind blows where it wants Traffic Regulation +

13 Seite 13Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH …requires traffic regulation… Priority Rules 1. RES-E 2. CHP-E 3. New conventional plants 4. The rest Generation Management Tempory feed-in restrictions in case of 100% RES-E Locational Signals Generators in Germany enjoy free access to the grid. RES-E producers get compensation payments for feed-in restrictions !!! Technology Solutions Temperature Monitoring & hot cables

14 Seite 14Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH … and Grid Expansion. Source: dena grid study 2005 How to synchronize RES & Infrastructure Development? Overhead Lines or Underground Cables? Up to km new/enforced eHV lines needed by years for authorization on average!

15 Seite 15Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Facts & Figures Operational Challenges Economic & Legal Challenges Conclusions Agenda

16 Seite 16Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH RES Promotion: Effectiveness vs. Efficiency Give Marketing & Refinement Responsibility to Generators I. Feed-in System: take & pay (and refinement) obligation for grid operators – guaranteed demand & fixed price for the generator High investment safety but RES-E generators stay immature II. Green Certificates: price & marketing (and refinement) risk for the generator More efficiency oriented but risk premium increases RES-E subsidies III. Bonus System: marketing risk & refinement responsibility on the generator, limited price risk Possible compromise solution / 1st step towards market integration

17 Seite 17Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH RES-E Integration is a European Task (I) INERNAL ELEMENTS TIE LINES operationally

18 Seite 18Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Source: EWEA UK Ireland 805 Germany France Spain Portugal Italy Croatia 17 Turkey 146 Romania 8 Greece 871 Poland 276 Czech Rep. 116 Austria 982 Switzerland 12 Luxembourg 35 Netherlands Belgium 287 Denmark Norway 333 Sweden 788 Finland 110 Lithuania 50 Latvia 27 Estonia 58 Slovakia 6 Bulgaria 70 Hungary 65 Ukraine 89 Wind Power in 2007 EU: MW Total Europe: MW economically RES-E Integration is a European Task (II)

19 Seite 19Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH On March 13th, 2001 the ECJ ruled: The German renewables act hinders trade in electricity and discriminates against foreign market participants; it is yet compatible with the EC Treaty at the current state of community law. What would be the Court`s position as of September 16th, 2008? RES-E Integration is a European Task (III) legally

20 Seite 20Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH The 2nd Renewables Directive…

21 Seite 21Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Facts & Figures Operational Challenges Economic & Legal Challenges Conclusions Agenda

22 Seite 22Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Regulatory To-Do List 1)Accelerate approval procedures for new eHV lines & clear traffic rules to handle congestions 2)Ensure availability of sufficient back-up and balancing power 3)Marketing risk & refinement responsibility should be on the RES generators to allow for innovative solutions in system integration 4)Harmonize European RES promotion & coordinate system development among TSOs (ENTSO)

23 Seite 23Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Keep the balance!

24 Back-up

25 Seite 25Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH CO 2 -Emissions in % compared to 1990 levels -25 % -50 % -75 % -100 % 25 % 0 % 50 % 75 % 100 % Kyoto - 5,2 % IEA / OECD + 57% G8 IPCC % % - 50%

26 Seite 26Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Reducing emissions and maintaining growth implies carbon productivity must increase by ten times Index: 2008 = 1 Carbon productivity growth required: 5.6 %/a Real World GDP Growth at Current Trends*: 3.1 %/a Emissions decrease to reach 20 GtCO 2 e by 2050: 2.4 %/a Carbon productivity = GDP GHG Emissions *Global insight GDP forecast to 2037, extrapolated to 2050 Source: MGI: The carbon productivity challenge

27 Seite 27Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH How to make a revolution… ? Index: Year 0 = 1 Years Carbon productivity growth required US labor productivity growth Source: MGI: The carbon productivity challenge

28 Seite 28Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH EU Draft RES Directive: Trading with guarantees of origin 1 MWh RES- energy Promotion of green power RES-target fulfilment Tradable by member states when fulfilling interim targets Trading by companies, but: member states can limit import and export under specific conditions (if security of supply or environmental targets are threatened) counts for the attainment of the national RES-target in country of payment Every new built RES asset

29 Seite 29Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH UK 2,8 Germany 1153 France² 6,5 Spain 60,5 Portugal 0,5 Italy 11,6 Greece 1,3 Poland 0,1 Czech Rep. 0,2 Austria 5 Netherlands 0,5 Belgium 2,1 Denmark 0,2 Sweden 0,7 Finland <0,1 Lithuania <0,1 Latvia <0,1 Estonia <0,1 Slovenia 0,18 Solar Power Capacities in 2006 European Union 1 : 1246 MW 1)Estimation 2)Overseas departments included Source: Photon

30 Seite 30Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Regulatory Issues Micro – Regulation (Technical) Grid connection rules safeguard stabilizing operational behaviour of wind farms (voltage funnel) Guaranteed right to grid access - execution requires not even a contract! Building Code – preferential treatment for new RES installations Priority Rule for connection, access & transportation of green power Macro - Regulation Market orientation of the support scheme European Harmonization of RES support How can RES become an Integral Part of the Internal Electricity Market?

31 Seite 31Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Current Renewables footprint: 1,4 GW Germany Wind Biomass Biogas Biomethane 123 1,231 Q1/2008: 1, Other Wind Installed renewables capacity as of March 31, 2008 [MW] (excluding large hydro) 18 Spain Wind Biomass Small Hydro Poland Wind Denmark Wind Sweden Wind Biomethane UK Wind Biomass 11 Portugal Wind 16 USA Wind Biomass Small Hydro Biomethane Biogas Solar

32 Seite 32Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Development of installed global and EU PV capacity Source: European Photovoltaic Industry Association

33 Seite 33Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Wind power growth in Germany and EU 57,000 75,000 inst. cap. [in MW] Sources: dena, EWEA onshore offshore 10,000 70, ,096 30,000 48, ,000 Germany Europe

34 Seite 34Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH E.O N Netz P 1 (t) P n(t) Transformation P ges = Σa i P i + b i P i P (t ) Forecasting wind power is critical ! Backup Continual improvement through artificial neuronal networks Forecast of wind speed & direction for 39 reference locations Day-ahead feed-in prognosis for E.ON grid control area

35 Seite 35Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Different dimensions Three basic problems Technical solutions Regulatory aspects BACK-UP

36 Seite 36Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Forecast error rises with wind power capacity Growing need for balancing power More fast reacting generation units needed Sufficient conventional generation remains indispensable Minimum feed-in 2007 in E.ON grid: 26 MW (max. feed-in: 7569 MW) Calculative capacity credit of German wind turbines: 8 % (2006) -> 5 % (2020) Wind power hardly substitutes conventional capacity Back-up capacity Balancing power

37 Seite 37Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Stochastic feed-in – conversion into supply profiles (I) Wind energy refinement a) Day-ahead balancing between forecast and pre-defined supply profile Pre- defined supply profile wind power forecast surplus day-ahead balancing power deficit

38 Seite 38Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH actual wind power generation wind power generation forecast deficit Intra-day balancing surplus Stochastic feed-in - conversion into supply profiles (II) Wind energy refinement b) Intra-day balancing between prognosis and actual wind power generation

39 Seite 39Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH StationA B8B9 C1 T1 T2 B1B2 B3B4B5B6C7 C2 B7 StationA B8 B9 C1 T1 T2 B1 B2 B3B4B5B6C7 C2 B StationA B8B9 C1 T1 T2 B1B2 B3B4B5B6C7 C2 B7 StationA B8 B9 C1 T1 T2 B1B2 B3B4B5B6C7 C2 B7 Control center Bottleneck Management: Generation Management - an Interim Solution To avoid critical overload wind farms receive electronic signals to reduce feed-in power Once sufficient capacities are available again operators resume unrestricted feed-in Critical load levelReduction signal Signal: feed-in restriction lifted again

40 Seite 40Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Different dimensions Three basic problems Technical solutions Regulatory aspects BACK-UP

41 Seite 41EC&R - June 2008 In Europe 20% renewables until 2020 Key elements of the draft european renewables directive Licenses National support systems and flexibility in target fulfilment through GoO trading Grid access Ambitioned development goals

42 Seite 42Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Key Points of the RES-Directive EU - RES directiveE.ON`s Position 20% overall RES target and burden sharing between member states (based on economic capability, not potentials) Effort sharing not based on geographical RES potential, but on flatrate and GDP Introduce limited flexibility via GoO-trade with restricted participation by companies Targets provide long-term framework to establish RES in energy mix Very ambitious targets require efficient use of renewables (boutique to industry) E.ON supports targets by own activities Flexiblity in target fulfillment of member states required GoO-trade appropriate tool RES trade key for cost-efficient EU- wide RES expansion 1st step into right direction, further steps would be full opening of GoO- trade

43 Seite 43Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Governments and others can resell in a secondary market The flow and transfer of guarantees of origin GOs are sold with electricity to TSOs in exchange for the feed- in tariff GOs are sold to TSOs in exchange for the feed-in premium GOs are sold as green certificates to electricity suppliers facing obligations GOs are sold to membe r state govern - ments GOs are sold to other interested parties (banks, suppliers, traders, NGOs) GOs transferre d for tax benefits Transfer Insuranc e Cancellatio n GOs cancelled by independent body Producers of renewable energy are entitled to GOs

44 Seite 44Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Aktuelle Diskussion in EU-Parlament und EU-Rat Vorschläge von Turmes und DE/UK/PL E.ON`s Position Herkunftsnachweise (GoOs) wie bisher nur für Vermarktungszwecke Handel auf Unternehmensebene stark erschwert (Turmes) oder abgeschafft (DE/UK/PL) Alternative Flexibilitätsmechanismen auf Ebene der Mitgliedsstaaten (statistische Zählung) Beibehaltung des EU-KOM Vorschlags Unternehmen kommt als Investoren und Händlern wichtige Rolle in der Realisierung des EE-Ausbaus zu, daher muss Handel auf Unternehmensebene zugelassen werden Kein neues System erforderlich, da vorhandenes GoO-System bereits im internationalen Umfeld bewährt Alternative Flexibilitätsmechanismen zu komplex für zeitnahe und rechtssichere Umsetzung

45 Seite 45Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH GegenargumenteE.ON`s Position Gefährdung der nationalen Zielerreichung Unterminierung der nationalen Fördersysteme Ausschluss neuer Technologien Erzeugung von Wind Fall Profits in Höhe von 30 Mrd. Schutzklauseln zur Steuerung des GoO- Handels geben ausreichende Kontrolle Bestandsanlagen nicht einbezogen Zusätzliche Technologieförderung möglich Nationale Fördersysteme kein Selbstzweck Neue Technologien nicht gefährdet Teilnahme am GoO- Handel und zusätzliche Förderung möglich Falsche Annahmen: Angaben zu 30 Mrd. beruhen darauf, dass zu teure Technologien den Preis im GoO-Handel bestimmen Zu hohe Windfall Profits gefährden EE- Förderung Gegenargumente gegen GoO-Handel tragen nicht

46 Seite 46Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Argumente für GoO-HandelE.ON`s Position Flexiblere Zielerfüllung führt zu erheblichen Kostenersparnissen Studien belegen handfeste Kostenvorteile Ausschluss neuer Technologien Erzeugung von Wind Fall Profits von 30 Mrd. Folgekostenabschätzung KOM: GoO- Handel bewirkt Ersparnis von 8 Mrd. Pöyry-Studie für UK-Regierung: 7 Mrd. Schutzklauseln zur Steuerung des GoO- Handels geben ausreichende Kontrolle Bestandsanlagen nicht einbezogen Zusätzliche Technologieförderung möglich Nationale Fördersysteme kein Selbstzweck Neue Technologien können am GoO- Handel teilnehmen und zusätzliche Förderung erhalten Falsche Annahmen: die angegebenen 30 Mrd Windfall Profits beruhen darauf, dass zu teure Technologien den Preis im GoO-Handel bestimmen GoO-Handel erzeugt Wettbewerbsdruck: Kosten für erneuerbare Energien sinken Wichtige Argumente für einen GoO-Handel

47 Seite 47Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Gegenargumente tragen nicht Erzeugung von Wind Fall Profits von 30 Mrd. Folgekostenabschätzung KOM: GoO-Handel bewirkt Ersparnis von 8 Mrd. Falsche Annahmen: die angegebenen 30 Mrd Windfall Profits beruhen darauf, dass zu teure Technologien den Preis im GoO- Handel bestimmen GoO-Handel erzeugt Wettbewerbsdruck: Kosten für erneuerbare Energien sinken Ausschluss neuer Technologien Neue Technologien könnten am Handelssystem teilhaben und sollten zusätzlich gezielte strukturpolitische Förderung erhalten

48 Seite 48 Warum ein GoO-Handel erforderlich ist EU-weiter GoO-Handel bewirkt Wettbewerb und damit Kostenreduzierung Nutzung der besten Potenziale Schaffung von Wettbewerb im EE-Erzeugungsmarkt Stärkeres Vorantreiben der technologischen Entwicklung Ziel sollte die Ausschöpfung aller Effizienzpotenziale und die Heranführung der erneuerbaren Energien an eigenständige Marktexistenz sein.

49 Seite 49Wind Power Integration Christian Schneller, E.ON Netz GmbH Fazit Die ambitionierten EU-Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien in der EU erfordern einen effizienten Förderrahmen. Der europäische Handel mit Herkunftsnachweisen stellt hierfür eine ausbaufähige Grundlage dar. Industrie- und Strukturpolitik müssen mit anderen Instrumenten umgesetzt werden. Ein europäischer Handel wird langfristig Kostenvorteile für den Endverbraucher generieren. In diesem Rahmen kann E.ON mit den umfangreichen Aktivitäten der E.ON Climate&Renewables einen wichtigen Beitrag zum Ausbau der erneuerbaren Energien leisten. KOM-Vorschlag für GoO-Handel gegenwärtig bester Lösungsansatz für diese Zielsetzungen


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