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

Präsentation zum Thema: "Ausbau eines zukunftsfähigen Energiemix aus erneuerbaren und fossilen Energien in Hessen Prof. Dr. R. Simon Januar 2012."—  Präsentation transkript:

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

2 Prof. Dr. Ralf Simon Hochschullehrer der Fachhochschule Bingen
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

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

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

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

6 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%. ( – ) / / 25 = 0,5%

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

8 Entwicklung der Strompreise für Industriekunden
durchschnittliche Preissteigerung zw 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

9 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

10 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

11 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 bzw. ISO 50001 Energiekonzept der Bundesregierung, verabschiedet im Bundestag und Bundesrat am

12 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 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 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 bzw. ISO 50001 Energiekonzept der Bundesregierung, verabschiedet im Bundestag und Bundesrat am

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

14 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%

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

16 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

17 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

18 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

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

20 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

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

22 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

23 > < 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“

24 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)

25 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

26 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: BK zur Minutenreserve: Seite 4: Marktvolumen in 2005 für Minutenreserve 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.

27 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 automatischer Datenaustausch zur Aktivierung von Minutenreserve ab dem Mindestangebotsgröße ab dem nur noch 5 MW Regelzonenübergreifendes Poolen von Anlagen ist zur Erreichung der Mindestangebotsgröße zulässig Quelle BNA, BK 6: Beschluss Az: BK zur Minutenreserve: Seite 4: Marktvolumen in 2005 für Minutenreserve 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.

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

29 Negative Minutenreserve – Ausschreibungsergebnisse 2011
Leistungspreis: mittleres Ergebnis: für die Bereitstellung von Leistung wird im Jahresmittel ein Betrag von €/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

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

31 Beispiel 1: Wärmepumpe in der Gewerbe / Verwaltung / Kranken-
haus, usw.

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

33 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 Einnahmen virtuelles Kraftwerk Betriebskosten Aufschlüsselung der Einnahmen Einnahmen MR Leistungspreis eingesparte Stromkosten MR Arbeitspreis 0 Gesamt Basis: MRL Preise in 2010

34 Beispiel 2: BHKW im virtuellen Kraftwerk

35 Beispiel 2: Erlöspotentiale bei der Stromvermarktung mit Minutenreserve

36 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

37 „Fachtagung Kommunaler Klimaschutz“
Einladung zur: „Fachtagung Kommunaler Klimaschutz“ am Anmeldung und weitere Informationen unter: Wo: Fachhochschule Bingen Wann: 09:30 – 16:00 h

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