Potenzialanalyse für Smart Grids Lastverschiebung in Haushalten, Industrie und Gewerbe / kommunaler Infrastruktur Potenzialanalyse für Smart Grids Michael Schmidthaler Andrea Kollmann // Simon Moser // Christian Elbe Energieinstitut an der JKU Linz Graz, 20.05.2014 Guten Abend, sehr geehrte Damen und Herren. Mein Name ist Andrea Kollmann, ich arbeite am Energieinstitut an der JKU Linz und stelle heute das Projekt LoadShift vor.

1. Das Projekt 1/2 Laufzeit: Mai 2012 bis Mai 2014 Förderung durch KLIEN, 4. Ausschreibung NE2020 Projektkonsortium: 4wardEnergy Research GmbH e7 Energie Markt Analyse GmbH Energieinstitut an der JKU Linz GmbH E-Werke Stubenberg reg GenmbH JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH; RESOURCES – Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit Sonnenplatz Großschönau GmbH Stadtwerke Hartberg GmbH Technische Universität Graz – Institut für elektrische Anlagen Ziel des Projektes ist das Erfassen relevanter Lastverschiebungspotentiale in Haushalten, Industrie, Gewerbe und kommunaler Infrastruktur. Projekt läuft noch. Wird mit einer Menge Partner umgesetzt

1. Das Projekt 2/2 Der Fokus in meiner heutigen Präsentation liegt auf der Frage, was Lastverschiebung überhaupt ist und welche Potentiale in Haushalten im Rahmen des Projektes Loadshift erfasst wurden. Ich habe mich für die HH Potentiale entschieden, weil dies ein Thema ist zu dem noch nicht allzuviele quanitative Aussagen vorliegen.

2. Was ist Lastverschiebung? 1/2 Demand Response: Überbegriff für Vielzahl an Möglichkeiten, wie das Stromverbrauchsverhalten von Endkunden durch ein Signal (monetär aber auch nicht monetär) beeinflusst werden kann  zielt auf eine kurzfristige Veränderung des Stromverbrauchs ab. „kurzfristig“ bedeutet dabei Zeitraum, der bis zur Auslösung einer Reaktion anfällt (Zeitraum bis der Kunde informiert ist und dieser Handlungen in Erwartung bzw. Vorbereitung der Lastverschiebung gesetzt hat). Dauer der Verbrauchsbeeinflussung: Sekunden (Beitrag zur Netzstabilität) bis maximal ein Tag (Vermeidung von Spitzenlasten). Demand Response ist von Maßnahmen zu einem energetisch effizienteren Einsatz von Strom zu unterscheiden (strategic conservation).

2. Was ist Lastverschiebung? 2/2 Demand Side Management Darstellung nach Gellings und Smith (1989) Aktuell Bessere Ausnutzung des vorhandenen Systems Vermeidung von Spitzenlastkraftwerken Reduzierung rotierender Regelleistung Minimierung der Gesamtsystemkosten Künftig Integration fluktuierender Einspeisung Abkehr vom Dogma „Erzeugung folgt Last“

3. Lastverschiebungen in Haushalten - Energiebilanz Sektoraler energetischer Endverbrauch von Strom in Österreich (Daten für 2012) Quelle: Statistik Austria, 2013

3. Lastverschiebungen in Haushalten – Verbrauchskategorien Wie stellt sich der Verbrauch dar? Wofür wird in österreichischen Haushalten Strom verbraucht? Quelle: Statistik Austria, 2013

3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten Elektrogeräte mit thermischen Speichern oder bei denen ohne Komfortverlust Verschiebung möglich ist Klassen von Elektrogeräten (nach Zeilinger, 2011) Klasse 1: Gerät wird bei Bedarf eingesetzt (z.B. Haarfön) Klasse 2: Gerät spult vordefiniertes Programm ab (z.B. Geschirrspüler, Waschmaschine) Klasse 3: Gerät versucht vorgegebenen Zustand zu erhalten (Gerät mit thermischem Speicher)

3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten Lastverschiebung durch Auswählen des Startzeitpunkts Waschmaschine Wäschetrockner Geschirrspülmaschine Lastverschiebung durch Zu- oder Abschalten des Gerätes Kühlgeräte Gefriergeräte Warmwasser Elektrische Raumwärme

3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten Waschmaschine Aufheizprozess ist energieintensivste Teil, Dauer bis zu ½ Stunde Verschiebepotential gegeben, wenn Ende des Waschvorgangs frei wählbar ist Hemmnisse: Ruhestörung in der Nacht, Zerknittern der Wäsche, wenn fertige Wäsche zu lange liegt Wäschetrockner Verdampfung von Wasser durch Wärmeeinwirkung ist für Lastverschiebung geeignet Hemmnisse: Trocknungsprozess wird unmittelbar nach Waschung durchgeführt , lange Liegezeit führt zu zerknittern Geschirrspülmaschine Wärmeerzeugung zu Beginn des Prozess und Trocknungsvorgang am Schluss sind energieintensivste Prozesse Hemmnisse: Nutzerabhängigkeit, mögliche Zeitdauer zwischen Einräumen und Einschalten

3. Lastverschiebung in Haushalten – Verschiebbare Lasten Kühl- und Gefriergeräte Gerät selbst und Lebensmittel haben thermischen Speicher so dass Kälte auch bei Abschalten des Gerätes etwa 1 Stunde hält Warmwasser Elektrowarmwasserspeicher: werden bereits durch Rundsteuergeräte in Schwachlastzeiten geschaltet; Lastverschiebung sehr gut möglich Wärmepumpe Lastverschiebung möglich; Größe des Speichers und Isolierung relevant Elektrodirektheizungen Haben keinen thermischen Speicher, Lastverschiebung durch Änderung des Nutzerverhaltens möglich Nachtspeicherheizungen Haben hohe Speicherkapazität und eignen sich für Lastverschiebungen

3. Lastverschiebung in Haushalten – Potential Reales Lastverschiebungspotential in österreichischen Haushalten

3. Lastverschiebung in Haushalten – Marktpotential Der Fokus in meiner heutigen Präsentation liegt auf der Frage, was Lastverschiebung überhaupt ist und welche Potentiale in Haushalten im Rahmen des Projektes Loadshift erfasst wurden. Ich habe mich für die HH Potentiale entschieden, weil dies ein Thema ist zu dem noch nicht allzuviele quanitative Aussagen vorliegen. 40% Potenzial-minderung Free Rider Opportunitätskosten Verzerrung in Feldtests

3. Lastverschiebung in Haushalten – Kosten Kosten sind Fixkosten. Mit einer steigenden Anzahl verschobener kWh sinken die Kosten pro verschobene kWh. Hier: Durchschnittswerte / In der Praxis hohe Varianz. Gerät Kosten/HH/a Waschmaschine, Wäschetrockner, Geschirrspüler, Kühl- und Gefriergeräte (Smart Home) 85 € Warmwasser 100 € Elektro-Einzelofen ∞ € E-Direktheizung 0 € Nachtspeicher Wärmepumpe 30 €

5. Lastverschiebung – Hürden 1/2 Bedarf nach „Rotem Knopf“, mit dem ein Haushalt die Kontrolle über seine Geräte zurückerlangen kann. Verbindlichkeit? Kommunikation zum Haushalt bzgl. Ankündigungsart und -frist (In- House-Displays, Alarmfunktionen bei Lastüberschreitungen, intelligente Haushaltsgeräte und vollautomatische Schaltung einzelner Verbraucher im Haushalt) Kosten für Marketing, Kundeninformation, Automatisierung bzw. Speicherung. Verhältnis Kosten/Nutzen? Organisatorische und systemische Herausforderungen durch Anpassung des Verhaltens. Gelernte und in Folge automatisierte Abläufe müssen neu konditioniert werden. Die zeitlichen Kosten und der verursachte „Stress“ sind als Opportunitätskosten anzusehen. Relation zwischen der „Automatisierbarkeit“ und der Akzeptanz eines flexiblen Tarifs besteht. Automatisierung überall möglich?

5. Lastverschiebung – Hürden 2/2 Flexible Tarife, die eine Lastverschiebung induzieren sollen, sind ein Produkt, das dem Endkunden unbekannt ist. Erwartungen, inwieweit aus dem flexiblen Tarif Nutzen/Kosten erwachsen, spielen eine wesentliche Rolle.

Industrie und Gewerbe Untersuchte Sektoren: Prozessbezeichnung Chemische Erzeugnisse Stahlindustrie NE-Metallindustrie (Alu, Kuper, Zink-Blei) Gießerei Metallbearbeitung - Wärmebehandlung Gartenbau Papierherstellung Zementindustrie

Relevanz? Der elektrische Gesamtenergieverbrauch des produzierenden Gewerbes (2012): 28 TWh Sektor 2012 in MWh 2012 in % Eisen- und Stahlerzeugung 3.999.350 6 Chemie und Petrochemie 4.262.723 7 Nicht Eisen Metalle 978.839 2 Papier und Druck 4.614.083

Literaturbasierte Evidenz Lastverschiebungspotentiale in Industrie und Gewerbe werden mit rund 300 MW (Eigene Berechnung basierend auf Popp und Klobasa, 2013) bis zu 660 MW (Gutschi, 2007) angegeben. Spezifische Kosten von 190 (Papierindustrie) – 3600 €/Mwh (Gutschi, 2007). In Deutschland bestehende Potentiale wurden bis 2030 abgeschätzt signifikante Zunahme der Bedeutung insbesondere im Licht wandelnder Produktions- und Marktmechanismen.

Kommunale Infrastrukturen Werden aktuell auf Basis von bottom-up Erhebungen analysiert.

Zusammenfassung Haushaltspotentiale technisch vorhanden, Umsetzung basiert auf Verhaltensänderung Gegenstand interdisziplinärer Forschungsprojekte auf EU Ebene Gewerbe und Industrie zeigt teilweise sehr hohe Potentiale bei geringen Kosten, Anreizstruktur ist suboptimal. Kommunale Dienste sind theoretisch verfügbar, sehr heterogene Struktur. V.a. bei intrinsischer Motivation von integrierten Versorgern relevant (Stichwort: energieautarke Kläranlage) Themenfeld wird in Bedeutung steigen (zunehmende Vernetzung und Notwendigkeiten)

Danke für die Aufmerksamkeit ! Dr. Michael Schmidthaler Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz GmbH Altenberger Straße 69 4040 Linz Tel: +43 70 2468 5665 Fax: + 43 70 2468 5651 e-mail: Schmidthaler@energieinstitut-linz.at Kontakt: 22