Mikro KWK und virtuelle Kraftwerke – Neue Energielandschaften
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Mikro-KWK und virtuelle Kraftwerke –
Neue Energielandschaften
Augsburg, 7. Oktober 2010
RENEXPO, Messe Augsburg
Michael Steck, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.
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Eneff:Stadt – Auslegung und intelligentes Management optimierter
Energieversorgungsstrukturen auf Quartiersebene
Die Aktivitäten der FfE auf dem Gebiet „Verbund dezentraler
Anlagen“ werden von SWM und EWE finanziert und vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.
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Energiekonzept: Ausbau Erneuerbarer
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1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2020 2030 2040 2050
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Historischer Verlauf : Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), 2010
Zukünftiger Verlauf: Energiekonzept - Neun Punkte für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung.
Berlin: Bundesregierung Deutschland, 2010
Klimaziele laut Energiekonzept 2010
©FfE BMWi-0002 Flexibilisierung von DEA_00362
Der starke Ausbau fluktuierender Einspeiser erfordert
vermehrt Regelleistung – KWK kann hierzu einen wichtigen
Beitrag leisten.
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Akteure des Strommarkts
BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler)
BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler)
BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler)
ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber)
BKV meldet Fahrplan (Bezug und Lieferung des BK)
Haushaltskunden Kumulierte Verbrauchsprognose
Industriekunden Individuelle Verbrauchsprognose
Erzeugungsanlagen Fahrplan nach Einsatzoptimierung
Kleinerzeuger Kumulierte Prognose
EEG-Anlagen Ausgliederung in eigenen Bilanzkreis
EEG-Bilanzkreis
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Behandlung von Prognoseabweichungen
BKV (Bilanzkreisverantwortlicher, Stromhändler)
ÜNB (Übertragungsnetzbetreiber)
Vortägiger
Fahrplan
VNB (Verteilnetzbetreiber)
Istwert BKV regelt selbst aus (Bilanzkreismanagement) Vertrag: • intern, bilateral
Abweichung
ÜNB saldiert und setzt ggfs. Regelleistung ein Vertrag: • öffentliche Ausschreibung • Präqualifikation • Arbeits- und
Leistungspreis
KWK-Anlagen können einen wichtigen Beitrag zur Netzqualität leisten
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KWK-Anlagen und Minutenreserve
Jährliche Erlöse bei durchgängigem Angebot
Leistungspreise 2008
– Positive Minutenreserve 48.305 Euro/MW
– Negative Minutenreserve 23.642 Euro/MW
Leistungspreise 2009
– Positive Minutenreserve 19.724 Euro/MW
– Negative Minutenreserve 68.210 Euro/MW
Leistungspreise 1.7.2009 – 30.6.2010
– Positive Minutenreserve 13.900 Euro/MW
– Negative Minutenreserve 41.900 Euro/MW
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1 5 9 13 17 21
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Sunde
Pmin -
Pmax -
Theoretisch vermarktbare Minutenreserve
Positive Minutenreserve (Im Abruffall: Notkühler, Speicher)
Negative Minutenreserve (Im Abruffall: Kessel, Speicher)
Unterhalb Mindestleistung für schnellstartende Anlagen nutzbar
Probleme durch eine Prognoseabweichung • Gemeldeter Fahrplan weicht ab • Vereinbarte Leistungsbereithaltung/Energielieferung wird verletzt
Lösungen • Abweichungen intern ausregeln • Reduzierte Regelenergievermarktung
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BHKW 1
BHKW 2
Kessel 1
Kessel 2Speicher 1 Speicher 2
Verbraucher
V1 V2 V3
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Q Q
Sp
Simulationsmodell
Untersuchungsobjekt 2 BHKW mit Spitzenlastkessel und Speicher Gemeinsame thermische Last (Prognose und Istwerte über 250 Tage) Optimierungsverfahren: Gemischt Ganzzahlige Lineare Programmierung Rechenzeit: 1 bis 5 Minuten pro Betrachtungstag inkl. 23 Resttagoptimierungen
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Speicherkonzepte
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/MW
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Zeit in h
Speicherfüllstand Strompreis
Hoher Preis-> Verkauf -> Speicherbeladung
„Marktspeicher“ „Regelspeicher“
Die Größe des Marktspeichers kann über die nutzbare Größe in der Vortagsplanung eingestellt werden, die Größe des Regelspeichers ergibt sich aus dem Freiheitsgrad zum Zeitpunkt der Prognoseabweichung.
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1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27Zeit in h
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Füllstand
Progn. th. Last
Reale th. Last
oder
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Zeit in h
Progn. th. Last
reduzierte Prognose
Reale th. Last
Reduzierte Prognose
Vorteil einer reduzierten Prognose: Überproduktionen und Fahrplanabweichungen werden reduziert. Nachteil einer reduzierten Prognose: Unterproduktionen, die durch den Kessel ausgeglichen werden müssen, treten verstärkt auf.
Durch eine reduzierte Prognose lassen sich elektrische Fahrplanabweichungen reduzieren, allerdings steigt der Anteil der ungekoppelten Stromerzeugung.
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Prognostizierter und realer Lastverlauf
Vortagsfahrplan*) (Basierend auf der Prognose)
Tatsächlicher Fahrplan*) (Ergebnis nach allen Änderungen)
Leis
tun
g
Leis
tun
g
• Direktvermarktung von KWK erfordert Prognoseerstellung • Hoher Einfluss der Prognosegüte auf die Erlöse • Simulation berücksichtigt Prognoseabweichungen und untersucht
die resultierenden Erlöse
*) Die Ergebnisse des Vortagsfahrplans werden als ex ante und die Ergebnisse, wie sie sich in der Simulation am Ende des Tages nach allen Resttagoptimierungen ergeben, als ex post bezeichnet.
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Speicherbewirtschaftung
Zielkonflikt: Speichernutzung für Prognoseabweichungen oder für Folgetagoptimierung nutzen?
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d10050b d20b d21b d22b
Erlö
se
Ex Post Erlöse Ex Ante Erlöse
unbegrenzter Markt- und RegelspeicherBK-Abweichung: 0,0%
50% Marktspeicher,50% Regelspeicher,BK-Abweichung: 3,1%
100% Marktspeicher,BK-Abweichung: 4,5%
100% Regelspeicher,BK-Abweichung: 0,5%
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Vergleich der Minutenreservevermarktung
Durch eine reduzierte Prognose*) und eine Speichervorhaltung für Prognoseabweichungen lassen sich die Bilanzkreisverletzungen reduzieren.
*) Reduzierte Prognose bedeutet, dass nur 90% der prognostizierten thermischen Last in die Einsatzplanung einfließen. Wärmeüberpro-duktionen treten dadurch seltener auf, Unterproduktionen können mit dem Kessel ausgeglichen werden.
50%
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0_2 LP3 AP0 0_2 LP2 AP0 0_2 LP2 AP1 0_2 LP2 AP1 redP 1_2 LP2 AP1 1_2 LP2 AP1 redP
Erlö
se
Ex Post Erlöse Ex Ante Erlöse
100% Marktsp.Kein MR-Abruf
100% Marktsp.MR-AP 72 €/MWh
100% Marktsp.reduzierte ProgMR-AP 72 €/MWh
100% Marktsp.Max. MR LPKein MR-Abruf
50% Regelsp.reduzierte Prog.MR-AP 72 €/MWh
50% Regelsp.MR-AP 72 €/MWh
Bilanzkreis-verletzung:< 4,4%
Bilanzkreis-verletzung:< 4,5%
Bilanzkreis-
verletzung:< 1,2%
Bilanzkreis-
verletzung:< 3,1%
Bilanzkreis-
verletzung:< 1,9%
Bilanzkreis-verletzung:< 4,3%
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Erlö
se
wärmegeführt DA-Vermarktung DA- / MR-Vermarktung(mittlerer Leistungspreis)
DA- / MR-Vermarktung
(max. Leistungspreis)
Wärme-erlös
Betriebs-kosten
VermiedeneNetznutzung
KWK-Bonus
Stromerlös
+0,2% (+3,7%) +9,3% (+13,0%)+7,0% (+10,6%)
Vergleich der Vermarktungspfade (geförderte Anlage)
Durch eine optimierte Direkt- und Regelenergievermarktung ließen sich ohne Prognoseabweichungen Zusatzerlöse von bis zu 13 % erwirtschaften, durch Prognoseabweichungen reduzieren sich die Zusatzerlöse auf max. 9,3 %.
Zusatzerlöse ex post (ex ante)
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Vergleich der Vermarktungspfade (ungeförderte Anlage)
Bei Anlagen ohne KWK-Förderung sind die Zusatzerlöse identisch, fallen jedoch stärker ins Gewicht.
-80%
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Erl
öse
wärmegeführt DA-Vermarktung
DurchschnittspreisDA- / MR-Vermarktung(mittlerer Leistungspreis)
DA- / MR-Vermarktung(max. Leistungspreis)
Wärme-erlös
Betriebs-kosten
Stromerlös
+6,6% (+9,8%) +17,8% (+21,1%)+14,8% (+17,9%)
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Zusammenfassung
Aus der durchgeführten Simulation mit 2 KWK Anlagen lassen sich folgende Zusatzerlöse einer ungeförderten Anlage ableiten: Zusatzerlöse aus Direktvermarktung (Day-Ahead-Markt): • Prognostiziert (ohne Prognoseabweichung): + 9,8 % • Unter Berücksichtigung von Prognoseabweichungen: + 6,6 % Zusatzerlöse aus Direkt- und Minutenreservevermarktung: • Prognostiziert (ohne Prognoseabweichung): + 17,9 … 21,1 % • Unter Berücksichtigung von Prognoseabweichungen: + 14,8 … 17,8 % Bei der Direktvermarktung können nicht alle Fahrplanabweichungen korrigiert werden, vereinzelt treten durch Über- und Unterproduktionen Bilanzkreisverletzungen auf.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Michael Steck
+49 (89) 158121-22
Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.
Am Blütenanger 71
80995 München
http://www.ffe.de
18 18
• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (billig)
• th. Speicher
Schema eines Regelleistungsabrufs 1/3
• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (teuer)
• th. Speicher
Zentrale
2
el. Last (Prognose)
KWK1
ÜNB …
KWK2
ÜNB… Übertragungsnetzbetreiber SLK… Spitzenlastkessel
19 19
• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (billig)
• th. Speicher
Schema eines Regelleistungsabrufs 2/3
• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (teuer)
• th. Speicher
Zentrale
2
KWK1
ÜNB …
KWK2
neg. Reserveabruf
ÜNB… Übertragungsnetzbetreiber SLK… Spitzenlastkessel
20 20
• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (billig)
• th. Speicher
Schema eines Regelleistungsabrufs 3/3
• th. Last • th.+ el. Erz. • SLK (teuer)
• th. Speicher
Zentrale
2
KWK1
ÜNB …
KWK2
neg. Reserveabruf
ÜNB… Übertragungsnetzbetreiber SLK… Spitzenlastkessel
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Ausblick
Erweiterung der Simulation auf mehrere KWK-Anlagen unterschiedlicher thermischer Lastgänge und Untersuchung des Einflusses der Prognoseabweichungen: Vereinfachter Ausgleich der Abweichungen und damit verbesserte Wirtschaftlichkeit durch Skaleneffekte?