Wirtschaftlich - Forschungsstelle für Energiewirtschaft

Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke
FfE-Fachtagung
München, den 30. April 2009
Serafin von Roon
Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.
1
Agenda
22

Mikro-KWK-Anlagen

Ist-Analyse

Energiewirtschaftliche Bewertung dezentraler KWK

Treiber für Mikro-KWK

Hemmnisse für Mikro-KWK

Virtuelles Kraftwerk

Betriebskonzepte

Energiewirtschaftliche Bewertung von virtuellen Kraftwerken

Treiber für virtuelle Kraftwerke

Hemmnisse für virtuelle Kraftwerke

Fazit
Ist-Analyse
Techniken:
 Verbrennungsmotor
 Stirling-Motor
 Dampfmotor
 Brennstoffzellen
 Mikrogasturbine
Typische Leistungen:
 5 kWel; 12,5 kWth (Senertec)
 1 kWel; 3,25 kWth (Honda)
Preise
 z.B. Senertec ca. 20.000 €
Verkaufszahlen
 < 1 % der verkauften Kessel
in Deutschland pro Jahr
Bildnachweis: SenerTec, Whisper Tech , solo, PowerPlus Technologies GmbH, Honda, Baxi Innotech, OTAG AG, vaillant
33
Hohe Effizienz von Mikro-KWK führt zu
CO2- und Primärenergieeinsparungen
BWT
GuD
60
Referenz
-21,8%
CO2-Emissionen in kg/(m²a)
50
-31,3%
-25,3%
-24,0%
40
30
20
CO2-Einsparung
Strombezug
KWK (Wärme + Strom)
Heizkessel-Wärme
10
-
44
Heizkessel
Vaillant BZ
SenerTec VKM
Ecopower VKM
Solo Stirling
Netzrückwirkungen dezentraler KWK
wiba-Perspektiven-Studie 5 der FfE:
Untersuchung der Rückwirkungen auf die Lastflüsse innerhalb eines Verteilnetzes durch den Einsatz von Brennstoffzellen zur Hausenergieversorgung





55
Reduktion der Netzbelastung um ca. 50 %
Reduktion der vom Versorgungsgebiet bezogenen Energie um ca. 2/3
Verbesserung der Spannungshaltung
Auftretende Spannungserhöhungen liegen im tolerierbaren Bereich
Rückspeisung in das Mittelspannungsnetz erfordert Anpassung des
Schutzkonzept in der Ortsnetzstation
Verschlechterung
der Zuverlässigkeit
Verbesserung
der Zuverlässigkeit
Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit der Stromversorgung
durch den Ausbau dezentraler KWK
©FfE Roon-004
Zunahme des Anteils dezentraler Erzeugung
 Der Ersatz von Großkraftwerken durch dezentrale Anlagen mit gleicher oder
besserer Verfügbarkeit erhöht die Zuverlässigkeit der Stromversorgung
66
Treiber für Mikro-KWK
Politisch:
 Integriertes Energie- und Klimapaket
 KWKG
 Impulsprogramm
 EnEV
+
Technologisch:
 hohe F/E-Anstrengungen
 neue Technologien: kleinere
Nennleistungen, Modulation
und hohe Stromkennzahlen;
höhere Lebensdauer
+
+
+
77
Wirtschaftlich:
 sinkende Investitionskosten
(Impulsprogramm,
Lernkurveneffekte bei höheren
Stückzahlen)
 verbesserte Betriebskosten
durch KWKG
 Strom/Gaspreis-Verhältnis?
Sozio-kulturell:
 zunehmender Wunsch die persönliche
CO2-Bilanz zu verbessern;
technologische Möglichkeit - ohne
Verhaltensänderung
Hemmnisse für Mikro-KWK
Politisch:
 Sinkender spez. Wärmebedarf
(EnEV)
 Förderung von Wärmenetzen
 Ausbau Stromerzeugung aus EE
-
Technologisch:
 innovative Technologien noch
nicht bewährt
 Verbesserung der
konventionellen Strombereitstellung (Minderung des
Effizienzvorteils)
-
-
-
Sozio-kulturell:
 wenig Prestige i.Vgl. zu anderen
Maßnahmen (Dach-PV-Anlage)
 Vermieter/Mieter-Problematik
88
Wirtschaftlich:
 deutlich höhere Investitionskosten als bei konventioneller
Wärmbereitstellung
(insbesondere bei innovativen
Technologien)
 Strom/Gaspreis-Verhältnis?
Einzelbetrachtung unvernetzter dezentraler Erzeugungsanlagen
Erdgas
Strom
Diesel
Überschussstrom
der KWK-Anlage
KWKG
Überschussstrom
der KWK-Anlage
KWKG
NEA
EEG
99
Bildquelle: aboutpixel.de; Jonathan Willmann, schmidt.koeln, Kamikazefliege, bigmama
Vernetzter Betrieb des vK-Anlagenpool
Erdgas
Strom
KWKG/EEG
Virtuelles
Kraftwerk
Diesel
NEA
Stromhandel
(EEX)
Systemdienstleistungen
(MR, SRL, …)
1
10
0
Bildquelle: aboutpixel.de; Jonathan Willmann, schmidt.koeln, Kamikazefliege, bigmama
CO2- und Primärenergiebilanz
wiba-Perspektiven-Studie 3 der FfE:
Das virtuelle Brennstoffzellen-Kraftwerk
Technische und energiewirtschaftliche Bewertung
Referenzsiedlung mit 80
Wohngebäuden
 Einsatz von Brennstoffzellen im
Vergleich zu konventionellem
Erzeugungsmix spart ca. 30 %
der Primärenergie ein
 keine Einsparungen i. Vgl. zur besten
verfügbaren Technik
 kaum Einsparungen durch Vernetzung
zu einem virtuellen Kraftwerk
©FfE Roon-005
1
11
1
Geringes Einsparpotenzial durch externe Regelung
(Vernetzung zu einem virtuellen Kraftwerk)
 Optimierung der internen Regelung (unvernetzt) führt i. d. R. bereits zu
hohen Vollbenutzungsstunden
 externe Regelung sollte daher Erzeugung lediglich zeitlich „verschieben“
 Potenzial durch Wärmespeicher begrenzt
Bewertung der Bereitstellung von Systemdienstleistungen
am Beispiel der Minutenreserve
,
Warmstart
Kaltstart
Aktivierungszeit MR
elektrische Leistung in % von PNenn
Ergebnisse:
 Technische Machbarkeit konnte nachgewiesen werden
 Aufgrund der Regelleistungspreise nur geringer Beitrag
105
 Durch Modifikation des KWK-Systems 5,50
(Speicher etc.) kann das Potenzial
5,25
100
leicht erhöht werden
 Energiewirtschaftliche Auswirkungen 5,00
95
hinsichtlich CO2- und Primärenergieeinsparung sowie der Substitution
4,75
90
konventioneller Kraftwerke sind gering
Aktivierungszeit SRL
KW21-E2: Kleine KWK-Systeme im Kraftwerksverbund –
Prüfstandsuntersuchungen und energiewirtschaftliche
Bewertung der disponiblen Regelleistung
 Messtechnische Untersuchungen
 Simulation in Matlab Simulink
 Detaillierte statistische Untersuchung der
Regelleistungsmarktes
4,50
85
0
1
12
2
5
10
Zeit in Minuten
15
20
Konzept des virtuellen Kraftwerks
für die Direktvermarktung von Strom aus EE-Anlagen
Ist-Stand
 Betreiber von EE-Anlagen speisen nach EEG in das Netz ein, hierbei muss
weder ein Fahrplan erstellt werden, noch ein Abnehmer benannt werden
Folgen für den EE-Anlagen-Betreiber
bei Direktvermarktung
 Erstellung von Prognose und Fahrplan
 Bilanzkreismanagement
 Erreichung von Mindestleistungen
für Marktteilnahme
Windstromleistung in MW
Direktvermarktung nach EEG2009
 §17 EEG2009 ermöglicht monatliche Wahl zwischen Einspeisung nach EEG oder
einer Direktvermarktung
140
 §64 I Nr.6a EEG2009 Förderung
120
der Direktvermarktung
100
80
60
40
Prognose
Mögliche Umsetzung
 Konzept des virtuellen Kraftwerks
Ist
20
Beispiel für verkaufte Leistung
©FfE Roon_006
0
Mo
1
13
3
Di
Mi
Do
Fr
Sa
So
Mo
Treiber für virtuelle Kraftwerke
Politisch:
 Förderprogramm E-Energy
 geforderte Direktvermarktung im EEG
 vereinfachter Zugang zu den Märkten
der Systemdienstleistungen
+
Technologisch:
 Neue Entwicklungen bei I&K
 zunehmender Anteil
+
dezentraler Erzeugung
+
VK
Wirtschaftlich:
 Regel- und Reservemärkte
(Windreserve)
 Sinkende Kosten für I&K
 Ermöglichung weiterer
Mehrwertdienstleistungen
(z.B. Fernauslese)
+
Sozio-kulturell:
 Die Begriffe dezentrale Erzeugung und
virtuelles Kraftwerk sind in der öffentlichen Wahrnehmung positiv besetzt
1
14
4
Hemmnisse für virtuelle Kraftwerke
Politisch:
 keine/wenige Normen/ Standards
-
1
15
5
Wirtschaftlich:
Technologisch:
 Transaktionskosten zu hoch
 aktuell nur sehr wenig
für vermarktbare Leistung und
dezentrale Anlagen
VK
hierdurch zu erzielenden
 keine Standardschnittstelle
Erlösen
 Energiemanagementsoftware
 Übernahme des
für größere Anlagen
Fahrplanrisikos
konzipiert
 Geringes
Verschiebepotenzial
Sozio-kulturell:
 Angst vor Kontrollverlust bei externer
Regelung
 noch immer in der Phase der Pilot- und
Demonstrationsprojekte
Fazit
Mikro-KWK
 hohe Effizienz schont die Ressourcen & mindert die CO2-Emissionen
 Beitrag zur Erreichung der KWK-Ausbauziele
 nur durch die Förderpolitik wirtschaftlich darstellbar
=> Anlagenkosten müssen deutlich gesenkt werden!
Vernetzung zu virtuellen Kraftwerken
 Systemdienstleistungen mit dezentralen Anlagen werden ermöglicht
 Wirtschaftlichkeit der Einzelanlagen kann verbessert werden
 Geringe Einsparungen bei konventioneller Kraftwerksleistung, CO2Emisisonen und Primärenergieverbrauch
Mikro-KWK-Anlagen und deren Vernetzung zu virtuellen Kraftwerken
können ein sinnvoller Baustein des Energieerzeugungsmixes des
21. Jahrhunderts sein.
1
16
6
Diskussion
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
1
17
7