Hybride Blockheizkraftwerke als Bausteine der Energiewende VDE-Vortragsreihe

Themen der Energiewende: Speicher der Zukunft 02. November 2015, Karlsruhe Patrick Kruppa Südwestdeutsche Stromhandels GmbH

Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Kennzahlen

Gründung: Stammkapital: Eigenkapital: Jahresumsatz 2014: Gesellschafter: Mitarbeiter:

Februar 1999 14,8 Mio. € 39 Mio. € 735 Mio. € 57 Stadtwerke 85

Portfolio-Pool Strom: Portfolio-Pool Gas: EDM-Verteilnetzbetreiber: EDM-Stadtwerke-Vertriebe:

etwa 150 Energieversorger mit 13 TWh in 2014 etwa 80 Energieversorger mit 16 TWh in 2013/14 35 Energieversorger 50 Energieversorger

Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Unsere Dienstleistungen Stadtwerke in der Rolle als … Lieferant Energiebeschaffung

Netzbetreiber EDM für Netzbetreiber

Energieerzeuger Direktvermarktung

• Strom-Portfolio-Pool • Erdgas-Portfolio-Pool

• Abwicklung der Virtuelles Kraftwerk Wechselprozesse • Preisorientiertes • Netzbilanzierung im Lastmanagement EDM für Vertriebe Bereich Strom und • Virtueller Stromspeicher • Abwicklung der Erdgas Wechselprozesse • EEG-Box • Netzentgeltabrechnung • Darstellung der • Abrechnung und Vertriebslast von Vergütung für EEG- und RLM-Kunden KWK-Anlagen • Mehr- oder Energiewirtschaftliche MindermengenBeratung Abrechnung • Gerätemanagement Erneuerbare-Energien-Projekte

weitere Themenfelder: Mini-BHKW, Smart Meter Gateway Administrator

Energiebedarf nach Verbrauchssektoren in Deutschland

Strombedarf

520 TWh

Wärmebedarf

1.290 TWh

Verkehr

724 TWh

Ziel: Absenkung der Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 % – 95 %

Wie kann man das Ziel erreichen?

• Effizienzverbesserung • Regenerative Erzeugung in den einzelnen Sektoren • Verknüpfung zwischen den Sektoren

Regenerative Erzeugung

Strommarkt: Solar, Wind, Wasserkraft, Biomasse

Wärmemarkt: Biomasse, Solarthermie

Verkehr: Nichts

Problemstellungen

Probleme: Erzeugung und Verbrauch nicht gleichzeitig Regenerative Erzeugungspotentiale teilweise begrenzt Unterschiedliche Kosten

Fragen: Ist es sinnvoll Holz zu verheizen? Ist die Biogaserzeugung sinnvoll? Kostenfaktor Biogas/Windstrom ca. 4 Flächenfaktor Biogas/Fotovoltaik-Strom ca. 50 Ergebnis der technischen Entwicklung: Potential, Kosten und Einsatzmöglichkeiten > Solar- und Windstromerzeugung

Regenerative Strom-Erzeugungsleistung

Erzeugungscharakteristik regenerative Stromerzeugung

Solar: 1000 VBh/a (Vollbenutzungsstunden) Tag – Nacht Sommer – Winter (10%)

Onshore Wind: 1000 VBh/a - 2500 VBh/a Unregelmäßige Schwankungen (Wochen)

Offshore Wind: 4000 VBh/a Unregelmäßige Schwankungen (Wochen) VBh bedeutet nicht 0 in der übrigen Zeit

Residuallast 2050

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

0 26.Dez

18.Dez

10.Dez

2.Dez

24.Nov

16.Nov

8.Nov

31.Okt

23.Okt

15.Okt

7.Okt

29.Sep

21.Sep

13.Sep

5.Sep

28.Aug

20.Aug

12.Aug

4.Aug

27.Jul

19.Jul

11.Jul

3.Jul

25.Jun

17.Jun

9.Jun

1.Jun

24.Mai

16.Mai

8.Mai

30.Apr

22.Apr

14.Apr

6.Apr

29.Mrz

[MW] 50.000

21.Mrz

13.Mrz

5.Mrz

26.Feb

18.Feb

10.Feb

2.Feb

25.Jan

17.Jan

9.Jan

1.Jan

Geordnete Residuallast 2050

Fotovoltaik

45.000

40.000

35.000

30.000

25.000

20.000

15.000

10.000

5.000

[d]

Residuallast - Strompreise

Zusammenhang day-ahead Auktionsergebnis und Windeinspeisung Stromgeführte BHKW-Betriebsweise von Jan 13 bis Jul 14 für 02:00 - 02:15 Uhr BHKW-Benutzungsstunden (Bh) orientieren sich am Strommarkt geordnete EPEX day ahead Preis [€/MWh]

Windeinspeisung [MW]

30.000

40 25.000

30

Börsen-Spotpreise sind Signal für Überschuss und Mangel 20 > BHKW-Betrieb nach Spotmarktpreisen

20.000

10 0

0 100 -10 BHKW-Leistung ist -20

200

300

400

bei gleichem Wärmebedarf höher

500

15.000

10.000

-30 -40

5.000

-50 -60

0

Windeinspeisung [MW]

EPEX day ahead Auktionspreis [€/MWh]

ca. 50 1500 – 3000 Bh statt 5000 – 7000 Bh

Log. (Windeinspeisung [MW])

Hybride Wärmeversorgung Definition

Hybride Wärmeversorgung • Wärmebedarf kann alternativ mit Strom oder KWK gedeckt werden • Kombination von z.B. BHKW und Wärmepumpe in einer Heizzentrale -> Verknüpfung von Wärme- und Stromsektor

Vorteil • Verknüpfung ermöglicht Verwertung im anderen Sektor • Wärmespeicher sind billiger als „Stromspeicher“

• Bietet Strom-Speicher Effekt • Nutzung von Überschussstrom in Groß-Wärmepumpe -> Einsparung von Erdgas • Erzeugung von Spitzenstrom in KWK -> gespartes Erdgas wird effizient zur Stromerzeugung verwertet

Vorteile bei der Verknüpfung der Sektoren

• Preiswerteste regenerative Erzeugung kann genutzt werden • Überschüsse aus einem Sektor können im anderen verwertet werden • Speicherbare Energien können flexibler eingesetzt werden

Wärmeerzeugung/Stromspeicherung in Gas-Kesselanlage + Pumpspeicherwerk

Wärmeerzeugung/Stromspeicherung im virtuellen Stromspeicher BHKW + DLE

Wärmeerzeugung/Stromspeicherung im virtuellen Stromspeicher (BHKW + WP)

Wärmeerzeugung/Stromspeicherung im virtuellen Stromspeicher (BHKW + WP + DLE)

Effizienzvergleich verschiedener Speicherkonzepte

Pumpspeicher

power to gas

Durchlauferhitzer

Wärmepumpe

1 kWh

1 kWh

1 kWh

1 kWh

Gaserzeugung/ Einsparung

-

0,6 kWh

1,1 kWh

4 kWh

Stromerzeugung mit KWK

0,75 kWh

0,5 kWh

0,9 kWh

3,2 kWh

1

0,67

1,2

4,3

Stromeinsatz

Effizienzfaktor

Virtueller Stromspeicher Projektbeispiel in Biberach

Virtueller Stromspeicher in der Umsetzung • Gemeinschaftsprojekt von SüdWestStrom und dem Land BadenWürttemberg als Teil des Energie- und Klimaschutzkonzepts für Landesgebäude • Umbau der Heizzentrale abgeschlossen

• Feierliche Übergabe am 20.03.2015 mit Minister Dr. Schmid • Komponenten: - 2 BHKW je 400 kWel - Wärmepumpe 350 kWth - Gaskessel 1,2 MWth - Wärmespeicher 200 m³ - Wärmebedarf 5,4 GWh/a Foto: Bereitschaftspolizeidirektion Biberach 4

Ausgangssituation

Heizwerk mit 2 Gas-Kesseln

je 1.700 kWth

Jahreswärmebedarf

5,3 GWh

Maximale Wärmeleistung

2,7 MW

Jahresstrombedarf

1,4 GWh

Maximale Strombezugsleistung

400 kW

BHKW-Betriebsweise

Stromgeführte BHKW-Betriebsweise BHKW-Benutzungsstunden (Bh) orientieren sich am Strommarkt ca. 1500 – 3000 Bh statt 5000 – 7000 Bh Börsen-Spotpreise sind Signal für Überschuss und Mangel > BHKW-Betrieb nach Spotmarktpreisen BHKW-Leistung ist bei gleichem Wärmebedarf höher  erfordert Wärmespeicher  Versorgungssicherheit  Leistungsabsenkung um 30 %

Stunden 209 418 627 836 1045 1254 1463 1672 1881 2090 2299 2508 2717 2926 3135 3344 3553 3762 3971 4180 4389 4598 4807 5016 5225 5434 5643 5852 6061 6270 6479 6688 6897 7106 7315 7524 7733 7942 8151 8360 8569

Vergleich

Strom- und wärmegeführtes BHKW

BHKW wärmegeführt

BHKW stromgeführt

Stundenwärmelast

Tageswärmelast

Stromgeführtes BHKW Mehrerlös am Beispiel eines Biomethan-BHKW 1,2 MWel

Einspeisewerte [kW]

Optimierungsfahrplan [kW]

Börsenpreis [€/MWh]

Tagesmittelwert an der Börse

1400

60

1200

50

1000

40

800 30 600 20

400

10

200

0 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

0

EPEX Spot Auktion Preis [€/MWh]

BHKW Leistung [kW]

Beispiel: 19. Mai 2014

Zeitstempel

Börsendurchschnittspreis Erzielter Börsendurchschnittspreis Tagesmehrerlös gegenüber der wärmegeführten Fahrweise

40,28 €/MWh 50,35 €/MWh 71,96 €

SüdWestStrom-Gesamtkonzept Spotpreisprognose

SüdWestStrom Zentralserver

Intelligente Steuerung Stadtwerk A Anlage A

Wärmespeicher

BHKW

DLE

Temperaturprognose

Intelligente Steuerung Stadtwerk A Anlage B

Wärmespeicher

BHKW

Kessel

Intelligente Steuerung Stadtwerk B Anlage A

Wasserhochbehälter

Wasser pumpe

SüdWestStrom-Gesamtkonzept Prozessablauf

• Leitrechner an Prozesssteuerung: Übermittlung von Preis- und Witterungsprognosen • Prozessteuerung: Berechnung der Betriebsfahrpläne und Speicherbewirtschaftung Übermittlung der Fahrpläne an Leitrechner • Börsenhandel und Berücksichtigung der Fahrpläne beim Bilanzkreismanagement • Prozesssteuerung Übermittlung der Betriebswerte an den Leitrechner • Leitrechner Archivierung der Betriebsdaten

Wirtschaftliche Vorteile stromgeführter BHKW

• Höhere BHKW-Leistung • Kostendegression BHKW pro kW • Höhere Stromerzeugung • Kostengünstige Netzanbindung BHKW, Elektrokessel • Verzicht auf Gas-Spitzenkessel • Elektroheizung als power to heat und Reserve • Elektrokessel als negative Sekundärreserve

Spezifische Investitionskosten von BHKW

Energiewirtschaftliche Vorteile Hybrider BHKW

• Saisonale „Stromspeicherung“ möglich • Verhältnis Stromverbrauch-Erzeugung flexibel • Verknüpfung von Strom- und Wärmesektor • Höchste Effizienz im Verbund mit Nahwärmenetzen • Kostengünstig verfügbar • Bereitstellung von Systemdienstleistungen

SüdWestStrom-Gesamtkonzept als Geschäftsfeld für Stadtwerke

Ziele: • Ausreichende Wertschöpfung • Wettbewerbsvorteil aufgrund Know-how • Lokale Wettbewerbssituation verbessern Neues Geschäftsfeld: • Ausregelung der fluktuierenden regenerativen Einspeisung durch Hybride Wärmeerzeugung

Wertschöpfung durch Hybride Wärmeversorgung

• Wärmeversorgung • Stromerzeugung

• Absenkung der Netzbezugsleistung • Lokales Netzmanagement • Leistungsbereitstellung („Kapazitätsmarkt“)

• Bereitstellung von Regelleistung • Verwertung von Stromüberschüssen

SüdWestStrom als Partner

• Konzeptentwicklung und Simulationsrechnungen • Betriebsoptimierung im Rahmen des Bilanzkreismanagements

• Gebündelte Vermarktung der Flexibilität • Einfache Abrechnung durch SüdWestStrom-Portfolio

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Patrick Kruppa Leiter Erzeugungs- und Lastmanagement Südwestdeutsche Stromhandels GmbH Eisenhutstraße 6 72072 Tübingen [email protected]