Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft.

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1 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Kassel DeMoTec Hanau Electrical Engineering and Systems Technology for the Use of Renewable Energies and Decentral Energy Supply Applications-oriented Research and Development Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.V. www.iset.uni-kassel.de Control of Virtual Power Plants with 100 % Renewable Energy Sources 3rd EAWE PhD Seminar Pamplona 10.10.2007 Reinhard Mackensen

2 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Agenda -Motivation for this work -The 100% renewables scenario -The virtual power plant -First results -Future work Reinhard Mackensen – 10.10.2007

3 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Powergeneration in Germany Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Source: Statistisches Bundesamt Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Verband der Elektrizitätswirtschaft - VDEW - e.V. Statistik der Kohlenwirtschaft e.V.: AG Energiebilanzen e.V. Berechnungen des DIW Berlin. 22. August 2006

4 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006

5 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006 For 62% of fuel has to be imported

6 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006 For 62% of fuel has to be imported CO 2

7 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006 For 62% of fuel has to be imported CO 2 40% CO2 reduction of the value 1990 until 2020

8 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006 For 62% of fuel has to be imported CO 2 40% CO2 reduction of the value 1990 until 2020

9 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006 For 62% of fuel has to be imported CO 2 Phasing out nuclear Energy until 2021 40% CO2 reduction of the value 1990 until 2020

10 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Motivation – The invention of the project virtual power plant with 100% reneable energy sources The two main questions are: 1. Potential: Is it possible to replace all conventional power generation with renewables? 2. Availability:Have renewables the ability to meet the consumption any time? Reinhard Mackensen – 10.10.2007 At the energy summit talks in 2006 three of the leading companies of the renewable industry promised to produce evidence to supply the German electricity system with Energy from 100% renewable sources.

11 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The 100% renewables scenario – Net power generation Reinhard Mackensen – 10.10.2007 2006Future… (2050) Net power generation in Germany [TWh/a]536,1573 Conventional powerplants363,40 Wind onshore30,5168 Wind offshore0120 Biogas18,6100 PV2,060 Hydro21,625 waste incineration, decentralized CHP100 Source: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld, ISET Stand: 10. Juli 2007

12 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Virtual plant, real energy Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Combination of wind, pv, biogas and pumped hydro Model 1/10000 WindSolarBiogasHydro GWh16,86,010,08,2 MW12,65,54,01,0

13 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007 The calculation of the energymix is done in two ways: For the future: Weather forecasts lead to power forecasts and schedules. For the actual timestep: Controlling/Adjusting the schedules.

14 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007

15 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Calculating the demand

16 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Forecasting photovoltaics

17 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Forecasting wind

18 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Creating biogas schedules

19 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Creating hydro schedules

20 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Agents The virtual power plant – Interfaces Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Calculationalgorithm Load Wind Biogas Import/Export PV Hydro Results Control

21 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant – Graphical userinterface Reinhard Mackensen – 10.10.2007 System is running operationally since 3rd of July

22 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de First results – Simulation 2006 Reinhard Mackensen – 10.10.2007

23 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Future work Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Inspection of different scenarios, further sources and storage Improving models Improving wind- and pv generation forecasts Use of short-term forecasts Improve the Interfaces Inspection of costs

24 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Kassel DeMoTec Hanau Electrical Engineering and Systems Technology for the Use of Renewable Energies and Decentral Energy Supply Applications-oriented Research and Development Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.V. www.iset.uni-kassel.de Thank you for your attention! ISET e.V. Reinhard Mackensen Königstor 59 D-34119 Kassel rmackensen@iset.uni-kassel.de +49 (0)561-7294-245

25 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The virtual power plant - Calculationalgorithm Reinhard Mackensen – 10.10.2007

26 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The 100% renewables scenario – Energyproduction of renewables Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Quellen: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld ISET Stand: 10. Juli 2007 Wind Wind onshore Wind offshore 2006Future…2006Future… Full load hours2.0002.80004.000 Avg. capacity in kW8166.0000 GWh30.500168.0000120.000 Number of plants18.68510.00005.000 Total capacity20,6260030

27 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de The 100% renewables scenario – Energyproduction of renewables Biogas 2006Future… Tons of Corn/Hektar5070 m 3 Gas/Ton of corn200 kWh/m 3 55 kWh el /kWh/m 3 22,5 Agricultural land in Mio. ha17 GWh el 18.600100.000 Gas Mio. m 3 9.30040.000 Mio. Ton46,5200 Mio. Hektar0,9302,857 % Agricultural land for el. power generation5,47%16,81% Reinhard Mackensen – 10.10.2007 Source: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld ISET Stand: 10. Juli 2007 PV2006Future… Full load hours950850 W/m 2 120150 GWh2.00060.000 Capacity in GW271 Mio. m 2 21706 Rooftops in Mio. m 2 3.600 % of Rooftops0,58%19,61%

28 Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de First results – Simulation 2006 Reinhard Mackensen – 10.10.2007 LoadWindPVGasHydroImportExport Wasted wind 200641.12422.2776.15311.3163231.056-3.5207.586 January3.7791.9052081.603594-4560 February3.4301.7212541.2729192-182333 March3.7162.07146482164297-422556 April3.2471.77159088150-213448 May3.3521.76777280840-305812 June3.1361.0319021.1602419-125196 July3.27094299893237361-429461 August3.2441.60863487711115-322529 September3.2461.6466029601820-251547 October3.5402.1893868107149-424867 November3.5832.78319360610-4041.469 December3.5812.84414958530-4001.316