Lastmanagement im Gewerbe - Institut für Energiewirtschaft und

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Institut für Energiewirtschaft und
Rationelle Energieanwendung
2. SolarForum Baden-Württemberg „Energiewende für den Mittelstand “
Lastmanagement im Gewerbe
Martin Steurer
Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER),
Universität Stuttgart
21. April 2015, Stuttgart
21. April 2015
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Institut für Energiewirtschaft und
Rationelle Energieanwendung
Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER)
› Professoren:
• Energiewirtschaft und Energiesysteme (Direktor): Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek
• Effiziente Energienutzung:
im Berufungsverfahren
• Energie und Umwelt:
Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich
• Energiesystem- und Technikanalyse:
PD Dr.-Ing. Markus Blesl
› Rund 40 Mitarbeiter und Doktoranden
› Graduierten- und Forschungsschule „Effiziente Energienutzung“ Stuttgart (GREES)
Das IER unterstützt die
Gestaltung eines zukunftsfähigen
nachhaltigen Energiesystems mit
seinen Teilsystemen Strom,
Wärme/Kälte und Mobilität.
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Rationelle Energieanwendung
Gliederung
› Ausgangssituation und Motivation
› Lastmanagement
• Potenzialanalyse
• Systemrelevanz
• Realisierung
› Fazit
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Rationelle Energieanwendung
Klimaschutz- und Energieziele der Bundesregierung
Quelle: Prognos/EWI/GWS 2014, Zielszenario
• THG-Emissionen -80/95 %
• Anteil EE 60 % (Strom 80 %)
• Endenergie -50%
Herausforderung der sicheren und kosteneffizienten
Integration hoher Anteile erneuerbarer Energien
 Bedarf nach Flexibilität auf allen Ebenen
THG – Treibhausgas ; EE – Erneuerbare Energien
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Rationelle Energieanwendung
Flexibilitätsoptionen im Strommarkt
Erzeugung
Wind offshore
Einspeisemanagement
Netz & Verbraucher
Ausland
Ausbau Grenzkuppelstellen
Speicher
Zentrale Speicher
Hydraulische Speicher
Konv. Großkraftwerke
Übertragungsnetz
Zentrale Speicher
Flexibilisierung
Netzausbau
Hydraulische Speicher
Neubau
Zentrale Strukturen
Moderne IKT für
smart grids/smart energy
Verteilte Strukturen
Konv. Kleinkraftwerke
+ Biomasse
Flexibilisierung
Nicht regelbare EE
(PV, Wind onshore)
Einspeisemanagement
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Verteilnetze
Netzausbau
Druckluftspeicher
Power-to-Gas
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Gasnetz
Dezentrale Speicher
Elektrische Speicher
Thermische Speicher
(Power-to-Heat)
Verbraucher
Lastmanagement
Power-to-X
Chemische Speicher
Wärme
IKT – Informations- und
Kommunikationstechnologie;
EE – Erneuerbare Energien
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Rationelle Energieanwendung
Chancen durch Lastmanagement (Systemsicht)
Flexible Stromverbraucher können genutzt werden, um
 die Stromnachfrage an das Angebot am
Strommarkt anzupassen
 Systemdienstleistungen bereitzustellen
 Netze zu entlasten
Quelle: Swissgrid
Dadurch können die Systemkosten gesenkt werden:
- Reduktion der Investitionen in Energieinfrastruktur
(Speicher, Kraftwerke, Netze)
CAPEX
- Reduktion der Systembetriebskosten
(Systemdienstleistungen, Kraftwerkseinsatz)
OPEX
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Chancen durch Lastmanagement (Betriebssicht)
Anreize „alte Energiewelt“: Optimierung der betrieblichen Spitzenlast
Verringerung des Leistungspreises (bisher statisch)
In System mit
hohem Anteil EE…
…eher nicht
systemdienlich
Nutzung von „Sonderformen der Netznutzung“ (z.B. §19 StromNEV)
Eigenverbrauchsoptimierung
…ggf.
systemdienlich
Vermarktung am Spotmarkt (Day-Ahead, Intraday)
Vermarktung als Systemdienstleistung (z.B. Regelenergie)
…systemdienlich
Vermarktung als Netzdienstleistung (noch keine Produkte!)
Anreize „neue Energiewelt“: überbetrieblicher, systemdienlicher Einsatz
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Rationelle Energieanwendung
Gliederung
› Ausgangssituation und Motivation
› Lastmanagement
• Potenzialanalyse
• Systemrelevanz
• Realisierung
› Fazit
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Rationelle Energieanwendung
Fragestellungen im Bereich Lastmanagement
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?
2
?
3
?
Schwerpunkt heute
Potenzialanalyse
Die Nachfrageseite ist heterogen.
Welche Stromanwendungen eignen sich für eine Flexibilisierung?
Wie lässt sich eine „Merit Order“ der Lastmanagementoptionen ermitteln?
Systemrelevanz
Lastmanagement könnte ein wichtiger Baustein der Energiewende werden.
Welchen Beitrag kann es tatsächlich leisten (auch im Vergleich mit Alternativen)?
Welche Einflussfaktoren spielen dabei eine Rolle?
Realisierung
Aus Systemsicht sinnvolle Potenziale werden häufig nicht realisiert.
Welche Hemmnisse können aus Sicht der Akteure bestehen?
Was sind sinnvolle Maßnahmen zur Überwindung dieser Hemmnisse?
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Potenzialanalyse
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Rationelle Energieanwendung
Schaltbare Anlagen im Gewerbebereich
Lüftungsanlagen
Klimatisierungsanlagen
Kälteanlagen (mit Puffer)
Rührwerke/Mischer/Mühlen
Pumpen
Ladestationen (Stapler)
Wärmebäder (z.B. Galvanik)
Wärme- und Schmelzöfen
Granulattrocknungen
Elektrische Raumheizungen/Wärmepumpen
…
Nach Schreijäg, EnBW
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Potenzialanalyse
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Rationelle Energieanwendung
Welche Stromanwendungen eignen sich für eine Flexibilisierung?
Vier Kriterien:
1.
Verschiebbare Leistung (möglichst hoch)
› Kann auch über Pooling erreicht werden
2.
Verfügbarkeit (möglichst hoch)
› Saisonaler, unterwöchiger und untertägiger Einfluss
› Mögliche Häufigkeit und Dauer des Abrufs
3.
Erschließungsaufwand (möglichst niedrig)
› Notwendige Informations- und Kommunikationstechnik
› Ggf. Investitionen in zusätzliche Flexibilität (z. B. Stoff-/Wärme-/Kältespeicher)
4.
Nutzungsaufwand (möglichst niedrig)
› Beeinflussung von Produktion oder Komfort
› Effizienzeinbußen, Materialverschleiß, Personalaufwand
Konkrete Anforderungen abhängig von Art des Einsatzes (Intraday-Markt, DayAhead-Markt, Systemdienstleistung, Netzdienstleistung Verteilnetz)
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Potenzialanalyse
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Einordnung flexibler Stromanwendungen
Anwendungsart
Anwendungsbereich
Technisches
DSI-Potenzial
DSI-Potenzial
je Standort
Verfügbarkeit
Erschließung
saufwand
Nutzungsaufwand
Sehr hoch
i. d. R. hoch
(3-SchichtBetrieb)
i. d. R. DSISystem
vorhanden
Prozessbeeinträchtigung
Hoch
Je nach
Betriebsweise
Relativ geringer
spez. Aufwand
Prozessbeeinträchtigung
Hoch
Je nach
Betriebsweise,
Witterung
Relativ geringer
spez. Aufwand
Idealerweise
keine Beeinträchtigung
Eher niedrig
Je nach
Betriebsweise,
Witterung
Heute relativ
hoher spez.
Aufwand
Idealerweise
keine Beeinträchtigung
Kleinteilig
Je nach
Betriebsweise,
Witterung
Heute hoher
spezifischer
Aufwand
Idealerweise
keine Beeinträchtigung
Stromintensive Industrie
(z. B. Metallerzeugung,
Branchenspezi- Papier, Zement, Chemie)
fische Produktionsprozesse Sonstige Industrie
3 - 5 GWel
(z. B. Kommunalwirtschaft,
Nahrungsmittelindustrie)
Große Betriebe in
Querschnittstechnologien
(z. B. Lüftung,
Klimatisierung,
Kühlung,
Wärmepumpe)
Industrie und Gewerbe (z. B.
Fahrzeug- u. Maschinenbau)
Mittelgroße Betriebe in
Industrie und Gewerbe
(z. B. Bürogebäude, Hotels)
11 - 14 GWel
Kleine Betriebe in
Industrie und Gewerbe,
Haushalte
Technisches DSI-Potenzial – Potenzial für Herunterregeln der Last mit späterem Nachholen in Deutschland
Grün – günstig; Orange – bedingt günstig; Rot – ungünstig für DSI-Nutzung
DSI – Demand Side Integration
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Potenzialanalyse
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Kosten-Potenzial-Kurve
DSI-Potenzial – Technisches Potenzial für
Herunterregeln der Last mit späterem Nachholen
DSI – Demand Side Integration
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Systemrelevanz
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Rationelle Energieanwendung
Welchen Beitrag kann die Nachfrageseite zur Energiewende leisten?
› Vielfältige Wechselwirkungen und Einflussfaktoren erfordern ganzheitliche Betrachtung
› Methodischer Ansatz: Integrales fundamentales Optimierungsmodell E2M2s
› Input Lastmanagement: Kosten-Potenzial-Kurve
› Beispielhaftes Ergebnis für 80 %-Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Strommix:
DSI – Demand Side Integration
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Realisierung
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Was ist für die Potenzialrealisierung zu tun?
Um sinnvolle Potenziale zu realisieren, werden alle nutzengerechten Erlösquellen benötigt.
Demand Side Integration: Flexibilität für
› Bilanzausgleich Angebot/Nachfrage
• Weitgehend im heutigen Marktrahmen möglich
• Allerdings: bisher wenig Nutzung
› Systemdienstleistungen
• Weiterentwicklung Lastabschaltverordnung
• Weiterentwicklung Regelenergieprodukte
› Netzentlastung
• Einrichtung einer netzseitigen Lastbeeinflussung (Zu- und Abschaltung)
auf allen Spannungsebenen
• Umsetzung Netzampelkonzept
Grundvoraussetzung: Moderne IKT, Echtzeitinformation und Standardisierung
IKT – Informations- und Kommunikationstechnologie
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Gliederung
› Ausgangssituation und Motivation
› Nachfrageseitige Flexibilität
• Potenzialanalyse
• Systemrelevanz
• Realisierung
› Fazit
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Fazit
Die Flexibilisierung der Nachfrageseite (Demand Side Integration) ist ein wesentlicher
Bestandteil einer kosteneffizienten Energiewende
• 14 – 19 GWel verschiebbare Leistung
• Kann zu jährlichen Systemkosteneinsparungen bis zu ½ Milliarde Euro beitragen
Ordnungsrahmen:
• Vor allem Weiterentwicklungen notwendig, um Demand Side Integration für
Netzentlastung und Systemdienstleistung nutzbar zu machen
Entwicklungsbedarf:
• Elemente zum Aufbau eines Smart Energy Systems (z. B. IT-Plattformen, dezentrale
Energiemanagementsysteme mit entsprechenden Schnittstellen)
• Standardisierung um Erschließungskosten im Bereich der Kleinverbraucher zu senken
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Vielen Dank!
Kontakt:
Dipl.-Ing. Martin Steurer
Heßbrühlstr. 49a
70565 Stuttgart
Telefon: +49 711 685 878 00
E-Mail: [email protected]
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