fahrplanoptimierte betriebsweise von kwk - anlagen · srl pos - entwicklung srl neg - entwicklung 3...

Prof. Dr. R. Simon, TSB

Michael Küster, VSE AG

FAHRPLANOPTIMIERTE BETRIEBSWEISE

VON KWK - ANLAGEN

12. KWK Impulstagung

Dezember 2018

Transferstelle Bingen 2

Konsequenzen des Ausbaus der EE-Stromerzeuger

• Stromerzeugung vor allem auf der Basis

von Wind und Sonne kann nicht kontin-

uierlich erfolgen fluktuierende

Einspeisung

• Um die notwendigen hohen Anteile des

CO2-freien Stroms zu bekommen,

müssen Überschusssituationen

organisiert werden.

Auswirkung auf die Strommärkte

Auswirkung auf die Netzführung

Flexibilisierung der KWK bedeutet

höhere Wertschöpfung und passt in

die Energiezukunft

Aktueller Stand vom Apr. 2018: über 1.000 h/a

Rückspeisung aus dem EWR Netz in 2017

Transferstelle Bingen

Regelenergiemärkte

• Regelenergiemärkte sind

Startmärkte für die Flexibili-

sierung. Es sind die am ein-

fachsten zu erreichenden

Märkte

• Abrufe v.a. in der Sekundär-

regelleistung haben deutlich

zugenommen

SRLpos - Entwicklung

SRLneg - Entwicklung

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Transferstelle Bingen

Regelenergiemärkte

• Regelenergiemärkte sind

Startmärkte für die Flexibili-

sierung. Es sind die am ein-

fachsten zu erreichenden

Märkte

• Abrufe v.a. in der Sekundär-

regelleistung haben deutlich

zugenommen

• Die Leistungspreise sind in

den letzten Jahren gesunken

Leistungspreis in € / MW a

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Transferstelle Bingen

Regelenergiemärkte

• Regelenergiemärkte sind

Startmärkte für die Flexibili-

sierung. Es sind die am ein-

fachsten zu erreichenden

Märkte

• Abrufe v.a. in der Sekundär-

regelleistung haben deutlich

zugenommen

• Die Leistungspreise sind in

den letzten Jahren gesunken

Regelenergiemärkte finan-

zieren den Startaufwand der

Flexibilisierung. Bei ihnen

muss die Flexibiliserung aber

nicht stehen bleiben …

Leistungspreis in € / MW a

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Simon, Küster 6

Spotmarkt: Day-Ahead2016

Simon, Küster 7

Spotmarkt: IntraDay2016

Simon, Küster 8

Spotmarkt: IntraDay2016, 2017

Simon, Küster 9

Spotmarkt: IntraDay2016, 2017 und 2018

Transferstelle Bingen 10

Entwicklung der Spotmärkte (DayAhead) 2/2

Anzahl positiver und negativer Extrempreise in der EU

Quelle: Energy Brainpool, 2017

Transferstelle Bingen

Stromwertigkeit Faktor 1: Zeitpunkt der Stromerzeugung

Erfolgt Stromeinspeisung verstärkt in Zeiten (relativ) hoher Börsenpreise,

können Mehrerlöse (z. B. gegenüber dem üblichen Preis) generiert werden.

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Transferstelle Bingen

Stromwertigkeit Faktor 1: Zeitpunkt der Stromerzeugung

Zeitlich ungünstige Einspeisung kann aber zu „minderwertigem

Einspeiseprofil“ führen (Direktvermarktungserlös < üblicher Preis)

12

Transferstelle Bingen

Stromwertigkeit Faktor 2: Prognostizierbarkeit

• Vermarkter verkaufen Strom i.d.R. Day-Ahead

• Um Fahrplan erstellen und veräußern zu können, muss die KWK-

Stromerzeugung bereits am Vortag geplant / prognostiziert werden

• Wird Fahrplan nicht eingehalten, werden Abweichungen über

Ausgleichsenergie glattgestellt

• Preise für Ausgleichsenergie sind sehr volatil (häufig auch negativ) und

nicht planbar

• Beispiel: Anlage erzeugt abweichend vom Fahrplan zu viel Strom,

Ausgleichsenergiepreis ist negativ: Für erzeugten Strom muss Geld

gezahlt werden.

• Aber auch umgekehrt denkbar: Für abweichend vom Fahrplan nicht er-

zeugten Strom wird Geld gezahlt.

Prognostizierbarkeit minimiert Ausgleichsenergierisiken

(Vermarkter werden diese immer einpreisen)

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Simon, Küster

Regelenergie existiert auch in der Gaswirtschaft

• Der Markt im Überblick

– Netzstabilisierung erfolgt

überwiegend über Börse im

kontinuierlichen Handel

– Absicherung über longterm

options (LTO) mit

Leistungspreisen im

Auktionsverfahren; Einsatz nur

bei Nichtverfügbarkeit der Börse

• Leistungspreisentwicklung

lange vergleichbar mit

MRL/SRL

• Leichte

Marktregeländerungen führen

zu Wiederbelebung 14

Simon, Küster

VSE: Unser Flexibilitätspool

• Gebündelte Leistung: ~ 780MW

• MRL: 70%

• SRL: 30%

• Alle Regelzonen

• V. a. Ausbau der Sekundär-

reserveanlagen

Strom

• Gebündelte Leistung ~780MW

NCG und GASPOOL

H- und L-Gas

• Einsatz

in short- und longterm Options

Im 24/7-Börsenmarkt

Gas

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Simon, Küster

VSE: Beispiele für die Flexibilitätsvermarktung

Stadt-/Gemeindewerke

BHKW

NEA

Biomasse

Gasspeicher (Kugeln/Röhren)

Rechenzentren

NEA

Krankenhäuser

BHKW

NEA

Filialisten

BHKW

NEA

Industrie (Automotive, Stahlwerke,…)

NEA

GuD / BHKW

DSM (Gas und Strom)

Abfallverwertungs- anlagen

Kläranlagen

BHKW

NEA

…

Anlagengröße bis

min. 50kW;

mittelfristiges Ziel

<20kW

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Simon, Küster

Exkurs: 18.10.18: (vorübergehende) Entwertung eines

bisher essentiellen Marktes

nach 18.10.2018 vor 18.10.2018

AP = 250€/MWh

17

Simon, Küster

Weder wird es aktuell günstiger noch versorgungssicherer

Quelle: Energieforen Leipzig, Oktober 2018

18

Simon, Küster

Unsere Erwartung: Flexibilität behält ihren Wert

Aktuell Konsolidierungsphase.

Steigender Markt ab 2020!

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Simon, Küster

Daraus leiten wir für uns ab

• Flexibilitäten werden in der Energiewirtschaft Wert behalten und im Strom

insbesondere in positiver Lieferrichtung Zuwachs erfahren.

• Durch regulatorische Vorgaben werden einzelne Märkte (Regelenergie)

zeitweilig beeinflusst.

• Diversifizierung der Optimierungsprodukte und Handelszugänge sichert

nachhaltig stabile Erlöslage.

• Digitalisierung und Automatisierung ermöglichen

– effiziente Einbindung auch kleinerer Erzeugungsanlagen in die Handelswelt

– Schnelle Anpassbarkeit an sich ändernde Rahmenbedingungen der Märkte

– Implementierung neuer Märkte und innovativer Optimierungsmodelle

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Simon, Küster

Nutzen am Beispiel einer 14MW KWK-Anlage

Prämissen:

– 14 MW elektrisch

– 50 MW Gas

– Wärmebedarf gänzlich von

Heizkessel substituierbar

– Verlustfreier Wärmespeicher

100 MWh

– Marktpreise Strom aus 2016

– Grenzkosten: 30€/MWh

Ziel:

Umfassende ganzheitlich marktbe-

zogene Optimierung des Strom-

Erzeugungslastgangs

Einbeziehung des flexiblen Gasbezugs

Vollständige Erfüllung der Wärmebe-

darfsverpflichtung unter Einbeziehung

des Kessels sowie des Speichers

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Simon, Küster

Wesentliche Kriterien: Stromhandelsmärkte

• Handel heute für

morgen

• Auktionsverfahren

• Markträumungspreis

• Gebotsabgabe bis

12.00Uhr

• Produkte:

– Stunden

– Blockgebote (u. a.

base / peak)

• Mindestens 0,1MW

Termin-

markt

Day ahead/

Spot

Intraday

• Handel kontinuierlich

• Pay as bid

• Gebotsabgabe ab

15.00Uhr bis 5 Minuten

vor phys. Erfüllung

• Produkte:

Stunden

¼ Stunden

(½ Stunden)

• Mindestens 0,1MW

• Produkte:

Tage

Wochenenden

Wochen

Monate

Quartale

Jahre

Base/peak/off peak

• Mindestens 1MW

Zzgl. Regelenergie

MRL/SRL

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Simon, Küster

Wirtschaftliche Flexibilisierungskaskade

Terminmarkt

Spotmarkt

Intraday

Bei Vertragsabschluss D-1 D D (optional)

Stunde Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag

1 21,19 26,09 29,54 29,38 27,34 28,69 29,48

2 18,98 23,90 27,99 27,26 26,38 26,92 27,23

3 17,14 22,98 26,76 25,91 25,25 25,35 25,87

4 16,32 22,05 26,27 25,15 25,27 25,70 25,30

5 16,40 22,90 26,95 26,02 26,06 26,63 24,60

6 16,35 26,75 29,38 28,68 28,94 28,99 24,70

7 16,30 35,14 38,04 37,52 36,94 36,97 25,55

8 18,47 44,08 47,33 47,35 45,82 44,27 28,32

9 21,01 45,32 49,68 49,03 47,52 46,23 31,90

10 22,18 43,56 47,16 46,21 44,37 44,28 33,29

11 21,92 41,97 44,97 44,14 42,06 42,47 31,63

12 23,34 40,77 43,79 43,25 40,77 41,54 30,05

13 20,69 38,25 40,41 40,42 37,76 38,37 28,01

14 16,07 37,24 39,63 39,63 36,64 35,96 25,16

15 14,35 37,34 39,52 39,73 35,99 34,52 23,65

16 16,03 38,58 40,70 40,29 37,39 35,69 25,56

17 20,77 40,37 42,28 42,83 39,07 37,77 28,20

18 28,37 45,95 47,51 48,33 43,55 42,40 32,91

19 34,07 48,98 50,64 50,74 46,04 44,62 36,02

20 36,29 48,73 49,51 49,54 45,71 44,97 36,59

21 34,74 44,36 44,95 44,65 41,22 41,30 33,35

22 32,42 39,80 39,42 39,49 37,74 37,90 30,56

23 32,61 36,58 36,47 35,78 35,06 36,21 29,91

24 25,45 30,49 31,18 29,81 30,57 31,60 25,12

Input

Flexmärkte

MRL / SRL

Algotrading

Zunahme Digitalisierung und Automatisierung

Output

4x ¼h neg.

MRL

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Simon, Küster

Exkurs Algotrading: hier Intraday Strom 1h, ¼ h

Flexmärkte

Hier:

Algotrading

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Simon, Küster

Wesentliche Kriterien: Gashandelsmärkte

• Handel heute für

morgen

• Kontinuierlicher Handel

• Pay as bid

• Produkte: – Day-Ahead

– Weekend

– Saturday

– Sunday

– Allg. Orderbook und

physische Oderbücher

H-/L-Gas

• Mindestens 1MW

Termin-

markt

Day ahead

Intraday

• Handel kontinuierlich

• Pay as bid

• Handel bis 3 Stunden vor

phys. Erfüllung

• Produkte:

RoD / WID

(Stunden)

Allg. Oderbook und

physische Orderbücher

H-/L-Gas

• Mindestens 1MW

• GASWIRTSCHAFTSTAG!

• Produkte:

Kalendermonate

Quartale

Saisons/Halbjahre

(Sommer/Winter)

Kalenderjahre

Mindestens 1MW

Zzgl. Regelenergie

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Simon, Küster

Preissignale regeln die Technik: Unsere Prozesslandschaft

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Simon, Küster

Nutzen am Beispiel einer 14MW BHKW-Anlage

• Prämissen/Ausgangsszenario:

– ~14 MW elektrisch

– 50 MW Gas

– Wärmebedarf gänzlich von Heizkessel

substituierbar

– Verlustfreier Wärmespeicher 100 MWh

– Marktpreise Strom aus 2016

– Grenzkosten: 30 €/MWh

• Ergebnisse : Zusatzerlöse bei optimierter

Fahrweise:

Variante „RE“

– Basis: Termin und Spot: 100%

– Spotmarkt-Intraday Optimierung Strom:

zzgl.+30%

– Regelenergievermarktung Strom

(MRL/SRL): zzgl. +15%. *)

– Regelenergie/Spot Gas: zzgl. +5%

Resultierend: +ca. 50% gegenüber Basis

*) vor Marktraumumstellung Oktober_2018 27

Variante „Flex“ - Basis: Termin und Spot: 100%

- Spotmarkt-Intraday Optimierung Strom: zzgl.+30%

- 1h-Flexoptimeriung Strom (Ø 5MW/a) und

¼h-Flexoptimierung Strom (Ø 5MW/a):zzgl. +30%

- Regelenergie/Spot Gas: zzgl. +5%

Resultierend: +ca. 65% gegenüber Basis

.

Simon Process Engineering GmbH

Kopernikus „ENavi“: Energiemodelle der Zukunft

• Fördervolumen des Gesamtkonsortiums „Enavi“: ~100 Mio.€ für 10 Jahre

• Konsortialführer IASS Potsdam

• Laufzeit 3 + 7 Jahre

• Partner:

• Gesamt: rund 90

• 64 Wissenschaftsinstitutionen

• Zzgl. Verbände, Wirtschaftsunternehmen,

Gemeinden

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Simon Process Engineering GmbH

Vom Fahrplangenerator zur Marktoptimierung

Aufbau einer Intelligenz zur marktorientierten Fahrweise von Anlagen unter

Nutzung vorhandener bzw. Schaffung neuer Energiespeichermöglichkeiten

31

Fahrplangenerator

• Wärmebedarfsprognose - Wetterprognose - Gebäudestruktur - Nutzerverhalten

• Marktdaten - Regelenergiemärkte, - Spotmärkte

Virtuelles Kraftwerk

Marktoptimierte Anlagen

• Batterien

• Kraft-Wärme-Kopplung

• Wärmepumpen, Élektro-heizer

• Pumpen, Verdichter, Gebläse

• Industrielle/gewerbliche Stoffspeicher

• …

Simon Process Engineering GmbH

Bedarfsprognose ist die Basis des Fahrplangenerators

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Transferstelle Bingen

Abschlussfolie

• Die Entwicklung der Spotmärkte wird immer mehr interessante Preis-

spitzen aufweisen

• Diese resultieren aus einem Überangebot oder einem Mangel an den

fluktuierenden Stromquellen

• Die Kraft-Wärme-Kopplung in der stromorientierten Fahrweise mit

Sicherstellung der Wärmeversorgung wird eine immer größere Bedeutung

bekommen (FuelSwitch).

notwendig:

Nutzung von Speichern und damit Flexibilisierung, d.h. niedrigere

Volllaststundenzahl zur Realisierung von lokalen Märkten (z. B. Peak

Shaving) und übergeordneten Märkten (Regelenergie, Spotmärkte)

hohe Automatisierung von der Wärmeprognose zum Energiehandel bis

hin zur Umsetzung von Fahrpläne

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Heute schon die Technik für morgen

wirtschaftlich betreiben

Kontakt Prof. Dr. Ralf Simon

Transferstelle Bingen

simon@tsb-energie.de

Kontakt Michael Küster

VSE AG

kuester-michael@vse.de