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www.new4-0.de
NEW 4.0 – Zwischenergebnisse und Anwendungsfällezur EE-Speicherung/-umwandlungProf. Dr. Werner Beba24.01.2019 | 17. Sitzung des Energienetzbeirat, TOP 3.1.Behörde für Umwelt und Energie| - Vertraulich -
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Unsere Ambition
„Die Zukunft der Energiewende entscheidet sich mit der Fähigkeit, wirksamen Klimaschutz und eine sichere, stabile Energieversorgung in einem funktionierenden Markt zu vereinen. Die Vermittlungsfähigkeit gegenüber der Gesellschaft ist dabei eine Grundvoraussetzung. NEW 4.0 will diese Fähigkeiten umfassend demonstrieren.“
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Nachhaltige regenerative Energieversorgung in Schleswig-Holstein-Hamburg Sichere, kostengünstige, umweltverträgliche Energieversorgung bis 2035
Transformation des Energiesystems durch Innovationen
Übergeordnetes Ziel:
Bedingungen:
Impulse für Innovationen, neue Technologien, neue Märkte, Wettbewerbsfähigkeit, gesell. Akzeptanz, Machbarkeit der Energiewende
Versorgungssicherheit, Systemstabilität
Dekarbonisierung, Klimaschutz
Bürger-akzeptanz
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Wirtschaftlichkeit, Markt & Wettbewerb
Wirkungen:
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+Steigerung des Stromexports Kopplung der SektorenDoppelstrategie
Transformationspfad für sichere, kostengünstige, umweltverträgliche Energieversorgung der Region bis 2035: o bis zu 100 % EE-Stromversorgungo ≈50 % Wärme und Mobilitäto 70 – 80 % CO2 Senkung
Übergeordnetes Ziel
Optimale Synchronisation von Erzeugung und Verbrauch zu jedem ZeitpunktGanzheitliche Systemintegration und sichere, effiziente Systemführung
StrategischeZielerreichung
Zielsystem und Strategie
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Doppelstrategie NEW 4.0
NEW 4.0 wird die Kernherausforderungen der Energiewende mit einer Doppelstrategie lösen:
…in andere Regionen durch effiziente Nutzung und Ausbau der Energieinfrastruktur in der Region
…durch Flexibilität bei Erzeugern + Verbrauchern, Kopplung mit Sektoren Wärme + Verkehr
+Steigerung des Stromexports Erhöhung der energetischen Selbstverwertung
Speicher: Batterie, Hochtemperatur, Virtuelle Kraftwerke, Markt-Plattformen
Power-to-Heat, Power-to-Gas, BHKW, Power-to-X, to-Steel, to-Steam, KWK
Intelligente Informations- und Kommunikationstechnologie
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7- Vertraulich -Maßstab 1: 1.000.000
Ostholstein
Schleswig-Flensburg
Nordfriesland
Dithmarschen
Energie des Nordens GmbH & Co.KGElektrolyseur (+1,3 MW)
Trimet Aluminium SEDynamisierung Aluminiumelektrolyse
(+13,2/-6,6MW)
ArcelorMittal Hamburg GmbHPower-to-Steel (+10/-10 MW)
Knüppelerwärmung (erst nach Projektende)
Vattenfall Wärme Hamburg GmbHPtH Fernwärmenetz (+45MW)
PtH in Nahwärmenetzen (+0,5 MW)
Sasol Germany GmbHFlexibilisierung KWK-Gasturbinen (+4 MW)
Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG Fraunhofer ISIT
Batteriespeicher (+2,0/-2,0 MW)
Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG Elektrolyseur (+2,4 MW)
Coulomb GmbHSecond Life Batterien (+5/ -5 MW)
ARGE Netz GmbH & Co.KGErneuerbare Energien Kraftwerk
VK für SDL durch WEA (2.000 MW)
HanseWerk Natur GmbHPtH aus BHKW in Nahwärmenetzen (+2,0 MW)
Nordex SE/HAW Hamburg/CC4E und Vattenfall Europe Innovation GmbH
Speicherregelkraftwerk (+0,7/ -0,7 MW)
Aurubis AGPower-to-Steam (+10 MW)
Flexibilisierung Elektrolyse/E-Öfen (7,0 MW)
Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH & Co. KG/Hamburg Energie GmbH
Hochtemperaturspeicher (+5,4 /- 1,8 MW)
Hamburg Energie GmbHPtH mit Nachtspeicherheizungen
Stadtwerke NorderstedtSmart Home
Stadtwerke Flensburg GmbHPtH mit Fernwärmenetz (+0,8 MW)
Plön
Neumünster
Rendsburg-Eckernförde
Kiel
SteinburgSegeberg
Pinneberg Stormarn
Lauenburg
Lübeck
Flensburg
Hamburg
200 MW Flexibilisierung und Speicherung, 2.000 MW virtuelle KraftwerkeEnSpireMe GmbH
Batteriespeicher (48 MW)Blindleistung (38 MVar)
Worlée Chemie GmbHPtH zur Thermalölerhitzung (2,0 MW)
Ausgewählte Projekte u. Demonstratoren
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Mit NEW 4.0 funktionsfähige Lösungen & Demonstratoren,Systemkompetenz als Plattform und Leistungsverstärkung
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Partner Demonstrator Leistung IBN
Arcelor-Mittal
Time-Shift +/-10 MW Juli 2017
W2G Energy Batterie-speicher
+/- 2,0 MW
November2017
Stadtwerke Flensburg
PtH (Elektro-heizkessel)
+0,8 MW Dezember2017
EnSpireME Batterie-speicher
+/- 48,0MW / 40MVAR
Juni 2018
W2G Energy Elektrolyseur +2,4 MW August 2018
Hansewerk Natur
PtH +2,0 MW(davon 0,2 MW neu und 1,8 MW Bestand)
August 2018
HAW/ VEI/ Nordex
Batterie-speicher
+/- 0,7 MW
Oktober 2018
GESAMT - 50,7 MW+55,9 MW
Bereits in Betrieb (Stand 11/18):
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-80 MW
-40 MW
0 MW
40 MW
80 MW
120 MW
160 MW
Q4 2017 Q1 2018 Q2 2018 Q3 2018 Q4 2018 Q1 2019 Q2 2019 Q3 2019 Q4 2019 Q1 2020 Q2 2020 Q3 2020 Q4 2020
Flexibilitätspotenzial NEW 4.0 (Stand November 2018)
neg. Regelenergie pos. Regelenergie
+2.000 MW virtuelles Kraftwerk
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Was haben wir erreicht? – Ausgewählte Ergebnisse
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Wind-to-Gas Energy
Energiespeicher zur SDL-Erbringung
Vattenfall, Nordex, HAW
Speicherregelkraftwerk Curslack
ARGE Netz
Erneuerbare Energien Kraftwerk
TenneT
Aktives Blindleistungsmanagement
EnSpireMe
Batteriespeicher zur Bereitstellung von BL
• 5 MW• Präqualifikation für die
Erbringung von Regelleistung
• Aufschaltung auf EE-Kraftwerk
• Elektrolyseur 2,4 MW
UC 5
• 1 MW im Arealnetz• IBN im Herbst 2018 • Dynamische
Regelenergie-Erbringung
• Virtuelle Momentanreserve
UC 5
• 1.600 MW Virtuelle Kraftwerke
• Erbringungskonzept MRL
• Präqualifikation Windpark für negative MRL über das EEKW
UC 4
• Auswahl Jardelund als Testgebiet
• Definition von Testszenarien
• > 1.500 WEA
UC 6
• 48 MW• Präqualifikation für die
Erbringung von Regelleistung
• Bereitstellung von Blindleistung
UC 6
Erzeugungs-Management
Quelle: Wind-to-Gas Energy GmbH & Co. KG
Quelle: ARGE Netz GmbH & Co. KGQuelle: HAW HamburgQuelle: Eneco
Quelle: TenneT TSO GmbH
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Demonstratoren von NEW 4.0 Wind-to-Gas Südermarsch: Batteriespeicher und Wasserstoff-Erzeugung
Bereitstellung der Primärregelleistung durch konventionelle Kraftwerke
Bereitstellung der Primärregelleistung durch Batteriespeicher„Freie Netzkapazitäten für EE“
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Demonstratoren von NEW 4.0
Frage Wie können „gute“ Eigenschaften konventioneller Kraftwerke durch EE
ersetzt/verbessert werden?» kontinuierliche Erzeugung
» Stützung der Netzfrequenz durch die rotierenden Massen (Systemstabilität)
Idee Erweiterung des Windparks um eine Batteriekomponente
Konzept/Ziele Ersatz der Schwungmassen durch ein virtuelles Trägheitsmoment Ausgleich von Erzeugungsschwankungen durch Ein-/Ausspeichern von Energie Entwicklung neuer Regelverfahren für hochdynamische Systemdienstleistungen
Partner Vattenfall: Aufbau und Betrieb
Nordex: Implementierung der Regelungstechnik
HAW: Betrieb/Auswertung der Messtechnik, Modellbildung und wiss. Begleitung
HAW / Vattenfall / Nordex: Speicherregelkraftwerk Curslack
Quelle: Vattenfall Wärme GmbH
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Erneuerbare Energien sind in der Lage, Systemverantwortung zu übernehmen Öffnung des Regelenergiemarktes z.T. bereits im Gange
Bestehende Hindernisse am Energiemarkt verhindern wichtige Schritte der Energiewende Flexibilisierung der staatlich induzierten Preisbestandteile erforderlich
Systemdienlicher Einsatz von flexiblen Anlagen (insb. Sektorkopplung) muss angereizt werden
Quelle: ARGE Netz
Demonstratoren von NEW 4.0
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ARGE Netz: Erneuerbare-Energien-Kraftwerk (EEKW) – Systemdienstleistungen aus EE
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Was haben wir erreicht? – Ausgewählte Ergebnisse
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Stadtwerke Flensburg
Begegnung von EinsManmit Elektroheizern
Vattenfall Wärme
Power-to-Heat Karoline
Eisenbahnbauverein
Eisspeicher
ArcelorMittal
Time Shift am Elektrobogenlichtofen
Trimet
Lastverschiebung bei der Aluminiumelektrolyse
• 2 MW• Nahwärmenetz• Stromeinsatz 605 MWh• Einbindung Flexibilitäts-
plattform
UC 2
• 45 MW• Fernwärmenetz
Hamburg• Erbringung Regelnergie
UC 2/4
• Wärmeversorgung 450 Wohnungen
UC 2
• 20 MW• Anpassung der
Schmelzleistung am Elektrolichtbogenofen
UC 2/4
• Dynamisierung der Aluminiumelektrolyse von 240 MW Elektrolyse um – 13,2 MW und + 6,6 MW
UC 2/4
Last-Management
Quelle: Stadtwerke Flensburg GmbH Quelle: HAW Hamburg
Quelle: Eisenbahnbauverein Harburg e.G.
Quelle: ArcelorMittal Hamburg GmbH
Quelle: TRIMET Aluminium SE
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Trimet: Power-to-Aluminium, Flexibilisierung einer Aluminium- Schmelzofen-Elektrolyse
Demonstratoren von NEW 4.0
Quelle: Trimet Aluminium
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Frage:
Wie kann bei Einspeisemanagement für Blockheizkraftwerke (BHKW) die Fernwärmeversorgung sicher gestellt werden, ohne dass ein fossiler Heizölkessel gestartet wird?
Idee:
Installation eines Elektroheizers, der bei Einspeisemanagement die Fernwärmeersatzversorgung übernimmt
Konzept:
Installation des Elektroheizers in unmittelbarer Nähe zum abgeregelten BHKW
Technisches Prinzip: Durchlauferhitzer mit Widerstandsprinzip
Elektrische/thermische Leistung des Elektroheizers je 800 kW
Wirkungsgrad von ca. 98 %
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Demonstratoren von NEW 4.0
Stadtwerke Flensburg GmbH: Begegnung von Einspeisemanagement mit Elektroheizern
Quelle: Stadtwerke Flensburg GmbH
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Integration von Power2Steel in bestehendes System möglich
Aktuell keine wirtschaftliche Umsetzung möglich
Verbesserung durch Teilnahme am Regelenergiemarkt u. Fördermittel für Demoanlage
Abbau regulatorischer Hemmnisse erforderlich
Quelle: ArcelorMittal
Demonstratoren von NEW 4.0
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ArcelorMittal: Lastmanagment Power2Steel – induktive Knüppelvorwärmung
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Thesen/ Ziele:
Ein Tarifmodell, das dynamisch steuerbar ist, kann in Verbindung mit einer einfachen Laststeuerfunktion, Speicherfunktionen und Verlagerungspotential in Haushalten erschließen.
Das Potential im häuslichen Anwendungsumfeld scheint spezifisch zunächst gering, könnte aber aufgrund der Masse der Haushalte ein verlässliches und hoch verfügbares Speicherkontingent darstellen.
Letztendlich könnte dieser Ansatz eine weitere Demokratisierung der energiebewussten Gesellschaft bewirken.
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Demonstratoren von NEW 4.0
Stadtwerke Norderstedt: Implementierung eines dynamischen Tarifmodells für Haushaltskunden
Quelle: Stadtwerke Norderstedt
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Vermeidung von Einspeisemanagement/Abregelung durch Integration von Flexibilitäten
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ENKO optimiert das Netzengpass-/Einspeisemanagement
Heute: Netzenpässen wird mit Abregelung begegnet Morgen: ENKO schaltet lokale flexible Aggregate auf Last-und Erzeugungsseite zu, um EinsMan zu vermeiden
Sour
ce: S
chle
swig
-Hol
stei
n N
etz
AG
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DSO
Other assets
TSO
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Die ENKO-Plattform: „Digitale Plattform für effizienteres Netzengpassmanagement “
Quelle: Schleswig-Holstein Netz & ARGE Netz
Mit SH Netz und ARGE Netz entwickeln derzeit zwei der wichtigsten Akteure der Energiewende in Schleswig-Holstein eine Plattform, welche eine Synchronisation zwischen lokal erzeugten Erneuerbaren Energien mit den Verbrauchern vor Ort ermöglicht
Morgen: ENKO – „Mehr Grünstrom im Netz und weniger CO2“
Heute: Einspeisemanagement
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Flexibilitätsanbieter bieten ihre Flexibilitätsleistung demNetzbetreiber auf der ENKO Plattform an
ENKO
Koordination von Bedarf und AngebotVisualisierung des Transaktions-
Prozesses in gut organisiertenReports
Flexibilitätsanbieter
Angebot von FlexibilitätAngebotszeit im day-ahead,
zukünftig intradayAutonome Steuerung der Aggregate
Netzbetreiber
Prognose Einspeisemanagement day aheadAuswahl Flexibilität nach Fähigkeit,
Engpässe zu beseitigen (Sensitivität)Vergütung an Flexibilitätspartner
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NEW 4.0 – Der nächste Schritt: Erprobung der ganzheitlichen Systemintegration 2019/2020
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EnSpireMe48 MW
W2G Energy2,4 MW
Energie des Nordens1,3 MW
Hochbahn, VHHPotential:
ÖPNV in SH
Netzausbau IKT- Struktur
Erze
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gs-M
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Fotos: iStock.com/kldlife, iStock.com/kynny, www.mediaserver.hamburg.de / Andreas Vallbracht, iStock.com/jimiknightley
Coulomb+/- 5 MW
W2G Energy+/- 2,5 MW
Vattenfall, Nordex, HAW
+/- 0,7 MW
Sasol7 MW
Trimet+13,2/-6,6 MW
ArcelorMittal+/- 10 MW
Last
-Man
agem
ent
Vattenfall45 MW
Stadtwerke Flensburg
0,8 MW
Hamburg Energie
tbd
Worlée1,5 MW
Aurubis10,0 MW
HanseWerkNatur
3,0 MW
ARGE Netz2.000 MW
Siemens+5,4/- 1,8 MW
Vattenfall1,5 MW
Stadtwerke Norderstedt
tbd
BatteriespeicherPower-to-Gas/H2Power-to-HeatPower-to-x (DSM)Virtuelle KraftwerkeSmart Home
HanseWerkNatur
+/- 1,2 MWQuelle: Schleswig-Holstein Netz AG / ARGE Netz GmbH & Co. KG
Netzengpassmanagement, Markt /Flexibilitätsplattform
Mobilität
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Zeitplan Reallabore
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01/2010/1908/1906/1901/1909-10/18 06/20 11/20
Ausschreibung Reallabore
Treffen KonsortiumVorschlagReallabore
12/18
Entwicklung Skizze
Reallabor
Reallabor Förder-
bestimmungen
Konzept-Entwicklung NEW 4.0
Demozeitraum
Zwischen-Ergebnisse NEW 4.0
Regulatorik
Wettbewerbs-Verfahren Reallabore Entscheidung
BewilligungReallabor, Vollantrag
Start Reallabore
Ende NEW 4.0
Strategisches Leitbild
Abstimmung
Ergebnisse NEW 4.0
Pol. Abstimmung
HH/SH/NS
Aufbau Konsortium
Demonstrationszeiträume NEW 4.0/ Erprobung
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Bisheriger Rechtsrahmen verhindert den wirtschaftlichen Einsatz (Steuern, Abgaben, Umlagen)
Neue markt- und wettbewerbsfähige regulatorische Bedingungen erforderlich
NEW 4.0 will Marktmodell und regulatorische Bedingungen erproben
Gewinnung zukunftsweisender Erkenntnisse für künftigen Rechtsrahmen, für Energie- und Klimapolitik
Verordnungsermächtigung als Experimentierklausel für Erprobung
Restriktive Ausgestaltung behindert wirksame Erprobung neuer Technologien
Hemmnisse für Investitionen in systemdienliche Demonstratoren
Appell an zukünftige Bundesregierung zur Verbesserung der Erprobungsbedingungen
Innovationen in Flexibilisierung, Speicherung, Sektorenkopplung
Wirkungsvolle Technologien für das Energiesystem der Zukunft
Erfolgreiche Umsetzung der Energiewende erfordert neue Marktregeln Beseitigung von Hemmnissen für die Erprobung zwingend notwendig
Herausforderung: Marktdesign und regulatorische Bedingungen
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www.new4-0.de
Herausgeber: Projektbüro NEW 4.0Konzeption: qub media GmbH
© CC4E der HAW Hamburg, 2018
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Foliennummer 1Klimaschutz am Scheideweg des 2°C - ZielsUnsere AmbitionTransformation des Energiesystems durch InnovationenZielsystem und StrategieDoppelstrategie NEW 4.0Ausgewählte Projekte u. DemonstratorenMit NEW 4.0 funktionsfähige Lösungen & Demonstratoren,�Systemkompetenz als Plattform und Leistungsverstärkung�Ganzheitliche Systemintegration: Flexible und intelligente Vernetzung, DigitalisierungWas haben wir erreicht? – Ausgewählte ErgebnisseDemonstratoren von NEW 4.0 Demonstratoren von NEW 4.0Foliennummer 13Was haben wir erreicht? – Ausgewählte ErgebnisseDemonstratoren von NEW 4.0Demonstratoren von NEW 4.0Foliennummer 17Demonstratoren von NEW 4.0ENKO optimiert das Netzengpass-/EinspeisemanagementDie ENKO-Plattform: „Digitale Plattform für effizienteres Netzengpassmanagement “ Flexibilitätsanbieter bieten ihre Flexibilitätsleistung dem Netzbetreiber auf der ENKO Plattform anNEW 4.0 – Der nächste Schritt: Erprobung der ganzheitlichen Systemintegration 2019/2020Zeitplan ReallaboreHerausforderung: Marktdesign und regulatorische Bedingungen Foliennummer 26