Fakultät für Elektrotechnik und InformationstechnikLehrstuhl für Energiesysteme und EnergiewirtschaftProf. Dr.-Ing. E. Handschin

Universität Dortmund

Zukünftige Entwicklung verteilter Erzeugung und Versorgungsnetze in Deutschland

Seminar 26.04.2005

Santiago de Chile

Dipl.-Ing. H. Neumann

2

Gliederung

•Einleitung

•Definition Virtuelles Kraftwerk (VK)

•Modellierung und Optimierung

•Ergebnisse

•Zusammenfassung

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Einleitung

Zukünftige Entwicklung

Einfluss-faktoren

Energiepolitische Maßnahmen

International: Kyoto Protokoll; national: z.B. EEG, KWK-Gesetz

Entwicklung des Kraftwerksparks

Bedingt durch technische Lebensdauer und Ausstieg aus der Kernenergie müssen bis 2020 ca. 55 GW Kraftwerksleistung ersetzt werden

Versorgungs-sicherheit

DEA können Versorgungssicherheit erhöhen (Blackouts)

Technische Weiterentwicklung

Hohe Wirkungsgrade, insbesondere KWK-Anlagen bis über 90%

4

Definition VK

~boiler 1

~storagedevice

~

electricalnetwork

thermal network

boiler 2

import, export

tpD

1twD

t2Wp

CHP 1

t1,1Mp

t1,1Mw

CHP 2

t2,1Mp

t2,1Mw

CHP 3

t3,1Mp

t3,1Mw

t1Wp

t1g

t1w

~~~boiler 1

~~~storagedevicestoragedevice

~~~

electricalnetwork

thermal network

boiler 2

import, export

tpD

1twD

t2Wp

CHP 1

t1,1Mp

t1,1Mw

CHP 1

t1,1Mp

t1,1Mw

CHP 2

t2,1Mp

t2,1Mw

CHP 2

t2,1Mp

t2,1Mw

CHP 3

t3,1Mp

t3,1Mw

CHP 3

t3,1Mp

t3,1Mw

t1Wp

t1g

t1w

el. network

local heat network

~boiler 1

~storagedevice

~

electricalnetwork

thermal network

boiler 2

import, export

tpD

1twD

t2Wp

CHP 1

t1,1Mp

t1,1Mw

CHP 2

t2,1Mp

t2,1Mw

CHP 3

t3,1Mp

t3,1Mw

t1Wp

t1g

t1w

~~~boiler 1

~~~storagedevicestoragedevice

~~~

electricalnetwork

thermal network

boiler 2

import, export

tpD

1twD

t2Wp

CHP 1

t1,1Mp

t1,1Mw

CHP 1

t1,1Mp

t1,1Mw

CHP 2

t2,1Mp

t2,1Mw

CHP 2

t2,1Mp

t2,1Mw

CHP 3

t3,1Mp

t3,1Mw

CHP 3

t3,1Mp

t3,1Mw

t1Wp

t1g

t1w

el. network

local heat network

el. network

local heat network

thermischer Speicher

Kessel 1 Kessel 2

KWK 1 KWK 3KWK 2

elektrisches Verteilnetz

Bezug, Rückspeisung

Pth,L

Pel,L

Nahwärmenetzinformations-technische Vernetzung

BetreiberEnergie-management

5

Informationstechnische Realisierung

DEA1DSC1

FB

FB

FB

DSC2

FB

LAN

DSC4

LAN

Inter-/Intranet

WAN

LAN

LAN

DSC5LAN

FB

DSC6

LAN

BZ

MT

+ -

PV

WEADEA2 DEA3

DEA4

DEA5

DEA6

DEA7

BZ

WEA

DSC: Data Service Controller

Betreiber

BZ: Brennstoffzelle MT: Mikroturbine

WEA: Windenergieanlage PV: Photovoltaik

Speicher

6

Wirtschaftliche Vorteile

• Verbrauchernahe Erzeugung wirtschaftlich sinnvoll

• Niedrigere Investitionskosten geringeres unternehmerisches Risiko

• Reduzierung der Bezugskosten elektrischer und thermischer Energie

• Reduzierung der Kosten für Ausgleichsenergie

• Koordinierter Betrieb der DEA insbesondere bei hoher Anlagenzahl

wirtschaftlich sinnvoll

Informationstechnische Vernetzung der DEA notwendig

Integration in den Energiemarkt

Optimaler Fahrplan für jede DEA

7

Optimierung

Nebenbedingungen

Anlagendaten

Lastprofile

Prognose

Fahrpläne

Reserve

Mo

de

llZielfunktion

Kosten

Erlöse

Modell

Fahrplan für jede DEA

Optimierung

8

Mixed integer linear programming (MILP) Model:

Nebenbedingungen sind z.B.:

• Leistung

• Leistungsgradienten

• Stillstandzeiten und Betriebszeiten

• Speicher

Modellierung

ul

T

t

DEA

iii

xxx

bAxts

tEtK

..

)()(min1 1 K: Kosten E: Erlöse

9

DEA auf dem Energiemarkt

Konventionelle Kraftwerke Großkunden

Privatkunden

Spotmarkt

Stromlieferung

Bilanzkreise(Handel)DEA

Bilanzkreise(Handel)DEA

Bilanzkreisverant-wortlicher (BKV)

Vertrag

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Langfristprognose der Last

Ausgleichsenergie

Pstat

Pakt

Kurzfristprognose der Last

tatsächliche Last

Potenzial eines VK für den Bilanzkreisverantwortlichen

11

thermische Leistung

ther

mis

che

Leis

tung

Q/k

W

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

Last QSpeicher ESpeicher Erzeugung

Zeit t

12

Zusammenfassung

• Wachsende Bedeutung der DEA

• Wirtschaftlichkeit von DEA verbessert sich bei Betrieb als VK

• Optimierung basiert auf MILP Modell

• Betrieb des VK für alle Marktteilnehmer wichtig, weil

1. Wirtschaftliche Bereitstellung von Ausgleichsenergie

2. Strom- und Wärmemarkt

3. Netzdienstleistungen

4. Kundenbindung

• Verbesserung der Versorgungsqualität