Ausbau eines zukunftsfähigen Energiemix aus erneuerbaren und fossilen Energien in Hessen Prof. Dr. R. Simon Januar 2012

Prof. Dr. Ralf Simon Hochschullehrer der Fachhochschule Bingen simon@tsb-energie.de Hochschullehrer der Fachhochschule Bingen Wissenschaftlicher Leiter der Transferstelle für rationelle u. regenerative Energienutzung Gesellschafter der Simon Process Engineering GmbH Gesellschafter der SP Energycontrol GmbH Gesellschafter der Simon Management Systems GmbH Energiebeirat des Landes Rheinland – Pfalz zur Beratung der Landesregierung in energie- politischen Fragen

Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein Bedeutung der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

Nutzenergiebereitstellung für Wärme aus erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2050 Notwendig: Jährliche Einsparung von Wärme im Bereich 3,5 % (1.300.000 – 500.000) / 500.000 / 45 = 3,5% Quelle: Schmid J., IWES Kassel Jun. 2010

Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050 Notwendig jährliche Einsparung bis 2030 im Bereich von 0,5%. (620.000 – 550.000) / 550.000 / 25 = 0,5% Quelle: Schmid J., IWES Kassel Jun. 2010

Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050 Regenerative Energiewirtschaft kommt notwendig: 1. rationelle Energienutzung 2. alle EE – Typen werden benötigt, v. a. fluktuierende Stromerzeuger sind die zu-künftige Basis der Stromwirtschaft Notwendig jährliche Einsparung bis 2030 im Bereich von 0,5%. (620.000 – 550.000) / 550.000 / 25 = 0,5%

Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein Bedeutung der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

Entwicklung der Strompreise für Industriekunden durchschnittliche Preissteigerung zw. 2000 und 2009 um 9,1 % pro Jahr Quelle: BMWi – Energie in Deutschland (aktualisierte Ausgabe 2010 April) Berechnung der durchschnittlichen Preissteigerung: (82 – 45)/45/9 = 0,091 BMWi, 2010

Entwicklung der Gaspreise für Industriekunden durchschnittliche Preissteigerung 2000 und 2009 um 9,8 % pro Jahr Quelle: BMWi – Energie in Deutschland (aktualisierte Ausgabe 2010 April) Berechnung der durchschnittlichen Preissteigerung: (32 – 17)/17/9 = 0,091 BMWi, 2010

Fazit: wenn wir in den Unternehmen nichts tun, verdoppeln sich die derzeitigen Energieausgaben für Unternehmen in weniger als 8 Jahren die Steigerung der Energieeffizienz der Unternehmen ist ein wesentlicher Wettbewerbsvorteil

Einführung von Energiemanagmentsystemen Gesetzliche Rahmenbedinungen Einführung von Energiemanagmentsystemen Ziel: Realisieren der umfangreichen Effizienzverbesserungspotenziale in der Industrie Ab 2013 werden Steuerermäßigungen im Bereich der Energie- und Stromsteuern mit einem nachweisbaren Beitrag zur Energie-einsparung gekoppelt. Effizienzpotenziale sollen sichtbar gemacht werden.  DIN EN 16001 bzw. ISO 50001 Energiekonzept der Bundesregierung, verabschiedet im Bundestag und Bundesrat am 28.09.2010

Einführung von Energiemanagmentsystemen Gesetzliche Rahmenbedinungen Einführung von Energiemanagmentsystemen Ziel: Realisieren der umfangreichen Effizienzverbesserungspotenziale in der Industrie 1. Referentenentwurf des BMF zu den energiesteuer-lichen Entlastungen vorgestellt am 2. Energiesteuer-tag vom 25.11.2011 Eckpunkte: Stufe 1 ab 2013: Start der Einführung von EnMS als Voraussetzung für Entlastungen. Abschluss bis spätestens Ende 2014 Stufe 2 ab 2015: Erreichen von konkreten Einspar-zielen der Unternehmen (0,9 % bei Energieerzeug-nissen, 1,3% bei Strom) z. Z. in Ressortabstimmung. Kabinettsitzung am 15.02.2012 vorgesehen. Abschluss des Gesetz-gebungsverfahrens vor parlamentarischer Sommer-pause 2012 Ab 2013 werden Steuerermäßigungen im Bereich der Energie- und Stromsteuern mit einem nachweisbaren Beitrag zur Energie-einsparung gekoppelt. Effizienzpotenziale sollen sichtbar gemacht werden.  DIN EN 16001 bzw. ISO 50001 Energiekonzept der Bundesregierung, verabschiedet im Bundestag und Bundesrat am 28.09.2010

Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein Bedeutung der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

Herausforderung: Regelfähigkeit und Stromspeicherung Residuale Last = Last minus ungesteuerte EE- Einspeisung minus ungesteuerte KWK - Einspeisung Zukünftige residuale Last verlangt Strom-speicher verschiedenster Art Speicher sollten, um auch im Bereich der Spannungshaltung einsetzbar zu sein, dezentral sein.  Dezentrale Speicher brauchen eine Ein- bindung in ein smart Grid / virtuelles Kraftwerk Zukünftige residuale Last verlangt Stromspeicher verschiedenster Art  Speicher sollten, um auch im Bereich der Spannungshaltung einsetzbar zu sein, dezentral sein  Dezentrale Speicher brauchen eine Einbindung in ein smart Grid / Virtuelles Kraftwerk Bildquelle: BMU Leitstudie 2050; EE – Anteil 78%

Flächendeckende Abschaltungen von Windkraftanlagen finden heute schon statt. Abschaltungen in 2010 Quelle: neue energie, November 2011

Stromspeicher 1 – Batterie bzw. Akkumulator Batterie als Stromspeicher z. Z. teuer Zukunftsthema bei der Geschwindigkeit des Ausbaus der fluktuierenden EE muss die Ge- schwindigkeit der Batterieentwicklung deutlich erhöht werden

Stromspeicher 2 - Pumpspeicherkraftwerk Pumpspeicherkraftwerke bewährte Technik der zentral versorgten Stromwelt. keine dezentrale Lösung, nur im Sinne der Frequenzhaltung einsetzbar. Keine Spannungssteuerung im Verteilnetz möglich lange Bauzeiten, hohe Startinvestitionen zu wenig geeignete Möglichkeiten

Stromspeicher 3 – Sabatier - Effekt Hohes Potential, Im MegaWatt – Bereich als Prototyp im Aufbau, als Langzeitspeicher geeignet. Erhöhung des Wirkungsgrads notwendig Bildquelle, JUWI bzw. Specht, ZSW 2009

Stromspeicher 4 – virtueller Stromspeicher KWK Elektrolyse + Sabatier Versorgungsnetze EHeizer, WP Wärme Gas Speicher Strom Druckluft Kälte Produktion Industrie/Gewerbe Speicher Speicher Speicher unvollständige Darstellung

Stromspeicher 4 – virtueller Stromspeicher Ausnutzen vorhandener Strukturen, wie KWK, Laststeuerung1, industrielle Kältespeicher, industrielle Druckluftspeicher2, elektrische Wärmeerzeuger wie Wärmepumpe, Elektroheizer mit Speicher Win-Win-Situation zwischen Verteilnetzbetreiber und ansässiger Industrie / Gewerbe  Symbiose zwischen Versorger und Industrie zum optimierten Netzmanagement 1: kommt aus dem Energiemanagementsystem, das z. Z. in vielen Firmen eingeführt wird 2: z. Z. werden Druckluftspeicher, Druckluftnetze während der Produktion genutzt. Warum sollten nicht während Phasen des Stromüberschusses nutzbar sein? Gleiches gilt für Kältespeicher

Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein Bedeutung der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

Überregionale Lieferung von Regelenergie durch ein virtuelles Kraftwerk Virtuelles Kraftwerk made in Rheinland-Pfalz Heute: Betrieb und Weiterentwicklung von diversen virtuellen Kraftwerken in Deutschland  Systembereitsteller gefördert vom Ministerium für Umwelt, Forsten u. Verbraucherschutz (MUFV), Rheinland-Pfalz

> < Möglichkeiten der Fahrweisenänderung Positive Richtung Negative Richtung Verbrauch = Unterspeisung Erzeugung > Verbrauch = Überspeisung Erzeugung < Stromerzeuger Stromerzeuger (z.B. Kraftwerke, Notstrom-Diesel, etc.) (z.B. Kraftwerke, BHKW-Anlage, etc.) Leistung erhöhen oder „EIN“ Leistung absenken oder „AUS“ Stromverbraucher Stromverbraucher (z.B. Elektrolysen, Schmelzöfen, etc.) (z.B. Mühlen, Pumpen, Verdichter, etc.) Last absenken oder „AUS“ Last erhöhen oder „EIN“

Märkte für flexible Erzeuger und Verbraucher im virtuellen Kraftwerk im Bereich der Regelenergie (ÜNB) Primärregelleistung Sekundärregelleistung Minutenreserve im Bereich des Stromhandels Marktorientierte Fahrweise von Anlagen Direktvermarktung EEG – Anlage (Regelenergie, Flexprämie, Optimierung des Marktprämiemodells) im Bereich der Ausgleichsenergie (Bilanzkreis) Bilanzkreismanagement Reservestrommärkte im Bereich der Netzentgelde EnWG §14a (vielleicht zukünftig)

Markt: Vermarktungsoptionen nach EEG 2012 Gesetzliche Grundlage Grünstrom-vermarktung Regelener-gie Alternative Vermarktungsart Einspeise-vergütung EEG §16-33 Nein EEG §16 Nr 3 Direktver-marktung Marktprämie evtl. Flexibili-tätsprämie EEG § 33b Nr. 1, § 33g, §33i Nr. 1 Ja Grünstrom-privileg EEG § 33b Nr 2, § 39 u. U. Ja abh. von EEGVergütung Sonstige EEG §33b Nr 3 Eigenver-brauch EEG §16 Nr 3, § 33 Nr 2, § 33a Nr 2 keine Ver-marktung Seite 25

Markt: Minutenreserve – technische Anforderungen bei umfangreichen oder länger andauernden Störungen oder zur Ablösung der Sekundärregelleistung positive und negative Minutenreserve getrennt ausgeschrieben Aufruf: telefonisch An- und Abfahrzeit: 15 min Mindestleistung: 10 MW (Inkrement in 1 MW-Schritten) Ausschreibung: täglich für 6 Zeitscheiben a 4 Stunden Vertragsdauer: 4 Stunden Quelle BNA, BK 6: Beschluss Az: BK6-06-012 zur Minutenreserve: Seite 4: Marktvolumen in 2005 für Minutenreserve 270 M€, für Sekundärregelleistung 467 M€ und für Primärregelleistung 88 M€ Seite 13: von der ausgeschriebenen Menge wird nur unter 2 % (in einer Regelzone zwischen 5 und 7 %) tatsächlich abgerufen.

Markt: Minutenreserve – technische Anforderungen bei umfangreichen oder länger andauernden Störungen oder zur Ablösung der Sekundärregelleistung positive und negative Minutenreserve getrennt ausgeschrieben Aufruf: telefonisch An- und Abfahrzeit: 15 min Mindestleistung: 10 MW (Inkrement in 1 MW-Schritten) Ausschreibung: täglich für 6 Zeitscheiben a 4 Stunden Vertragsdauer: 4 Stunden Änderungen vom 18.10.2011 automatischer Datenaustausch zur Aktivierung von Minutenreserve ab dem 02.07.2012 Mindestangebotsgröße ab dem 02.07.2012 nur noch 5 MW Regelzonenübergreifendes Poolen von Anlagen ist zur Erreichung der Mindestangebotsgröße zulässig Quelle BNA, BK 6: Beschluss Az: BK6-06-012 zur Minutenreserve: Seite 4: Marktvolumen in 2005 für Minutenreserve 270 M€, für Sekundärregelleistung 467 M€ und für Primärregelleistung 88 M€ Seite 13: von der ausgeschriebenen Menge wird nur unter 2 % (in einer Regelzone zwischen 5 und 7 %) tatsächlich abgerufen.

Positive Minutenreserve – Ausschreibungsergebnisse 2011 Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von 2.751 €/MW a gezahlt1 Arbeitspreis: mittleres Ergebnis: für erzeugten Strom wird im Jahresmittel ein Betrag von 371 €/MWh gezahlt1 1 hochgerechnet auf dem Stand vom 27.12.2011 www.energycontrol24.de

Negative Minutenreserve – Ausschreibungsergebnisse 2011 Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von 36.774 €/MW a gezahlt1 Arbeitspreis: mittleres Ergebnis: für aufgenommenen bzw. nicht erzeugten Strom wird im Jahresmittel ein Betrag von 71 €/MWh gezahlt1 1 hochgerechnet auf dem Stand vom 27.12.2011 www.energycontrol24.de

Prognosen der zukünftigen Energiewirtschaft Erhöhung der Energieeffizienz als wesentlicher Baustein Bedeutung der Stromspeicherung Bedeutung des Smart Grid / Virtuellen Kraftwerks Geschäftsmodelle in der neuen Energiewirtschaft

Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken- haus, usw. www.energycontrol24.de

Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken- haus, usw. Daten der Wärmepumpe Wärmeleistung: 350 kW COP 3,0 Speicher 10.000 l Strompreis 0,135 €/kWh (ohne MwSt.) Ansatz Aufteilung Leistungspreis 70% / 30% zwischen Contractor und Händler www.energycontrol24.de

Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken- haus, usw. Simulationsergebnisse Fall 2: besondere Marktstrategie des Händlers d.h. Arbeitspreis so wählen, dass ein Aufruf sicher d.h. Leistungspreis so wählen, dass Pool in Vorhaltung Betriebskosten in €/a Kosten Strombezug 28.131 Einnahmen virtuelles Kraftwerk -8.795 Betriebskosten 19.336 Aufschlüsselung der Einnahmen Einnahmen MR Leistungspreis -2.424 eingesparte Stromkosten -6.371 MR Arbeitspreis 0 Gesamt -8.795 www.energycontrol24.de Basis: MRL Preise in 2010

Beispiel 2: BHKW im virtuellen Kraftwerk www.energycontrol24.de

Beispiel 2: Erlöspotentiale bei der Stromvermarktung mit Minutenreserve www.energycontrol24.de

Fazit lokal optimierte Energieversorgungssysteme schaffen Ressourcenschonung Umweltentlastung Wertschöpfung Kundenbindung Flexible Nutzung unterschiedlicher – heute schon vorhandener – virtueller Speicher sinnvoll Vernetzung der vorhandenen Infrastrukturen heute schon wirtschaftlich

„Fachtagung Kommunaler Klimaschutz“ Einladung zur: „Fachtagung Kommunaler Klimaschutz“ am 09.02.2012 Anmeldung und weitere Informationen unter: www.tsb-energie.de Wo: Fachhochschule Bingen Wann: 09.02.2012 09:30 – 16:00 h

Transferstelle für rationelle und regenerative Energienutzung Bingen Alternative Energiekonzepte, Methodenentwicklung zur rationellen Energie- nutzung, Entwicklung von regenerativen Energiesystemen, usw. www.tsb-energie.de Simon Process Engineering GmbH Softwareentwicklung, Ingenieurdienstleistungen, Unterstützung bei der Betriebsführung, usw www.simon-pe.de SP Energycontrol GmbH Energiewirtschaftliche Optimierung, Betrieb von virtuellen Kraftwerken www.energycontrol24.de Simon Management Systems GmbH Ganzheitliches Energiemanagementsystem www.simon-energiemanagement.de