Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft 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. Control of Virtual Power Plants with 100 % Renewable Energy Sources 3rd EAWE PhD Seminar Pamplona Reinhard Mackensen

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Agenda -Motivation for this work -The 100% renewables scenario -The virtual power plant -First results -Future work Reinhard Mackensen –

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Motivation – Powergeneration in Germany Reinhard Mackensen – 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

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006

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

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

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 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

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Motivation – Reasons to use renewable energy ressources Reinhard Mackensen – 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

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

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

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The 100% renewables scenario – Net power generation Reinhard Mackensen – Future… (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

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

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – 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.

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen –

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – Calculating the demand

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – Forecasting photovoltaics

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – Forecasting wind

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – Creating biogas schedules

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Main principle Reinhard Mackensen – Creating hydro schedules

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Agents The virtual power plant – Interfaces Reinhard Mackensen – Calculationalgorithm Load Wind Biogas Import/Export PV Hydro Results Control

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant – Graphical userinterface Reinhard Mackensen – System is running operationally since 3rd of July

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft First results – Simulation 2006 Reinhard Mackensen –

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft Future work Reinhard Mackensen – 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

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft 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. Thank you for your attention! ISET e.V. Reinhard Mackensen Königstor 59 D Kassel +49 (0)

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The virtual power plant - Calculationalgorithm Reinhard Mackensen –

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft The 100% renewables scenario – Energyproduction of renewables Reinhard Mackensen – Quellen: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld ISET Stand: 10. Juli 2007 Wind Wind onshore Wind offshore 2006Future…2006Future… Full load hours Avg. capacity in kW GWh Number of plants Total capacity20,

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft 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 Gas Mio. m Mio. Ton46,5200 Mio. Hektar0,9302,857 % Agricultural land for el. power generation5,47%16,81% Reinhard Mackensen – Source: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld ISET Stand: 10. Juli 2007 PV2006Future… Full load hours W/m GWh Capacity in GW271 Mio. m Rooftops in Mio. m % of Rooftops0,58%19,61%

Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V.D Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft First results – Simulation 2006 Reinhard Mackensen – LoadWindPVGasHydroImportExport Wasted wind January February March April May June July August September October November December