SynErgie - Wirtschaft und Wissenschaft forschen im Verbund - Dr.-Ing. Serafin von Roon 03.04.2019
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SynErgie – Wirtschaft und Wissenschaft forschen im Verbund Dr.-Ing. Serafin von Roon 03.04.2019 2019
Die vier Kopernikus-Projekte
Neue Speicherung von
Netzstrukturen Überschussstrom
„ENSURE“ „P2X“
Die Kopernikus-
Projekte
System-
Industrieprozesse
Integration
„SynErgie“
„ENavi“
2
Das Kopernikus-Projekt SynErgie
Potenzialanalyse und
systemische Betrachtung
V
IKT
II III
Produktions-
infrastruktur
Markt- und
Stromsystem
I
Industrie- IV
branchen
VI
Energieflexible
Modellregion
3
Die Schwerpunkte der FfE
Flexibilitätspotenziale typischer Prozesse Entwicklung einer branchenübergreifenden
Methodik zur Potenzialermittlung
Methodische Vorgehensweise
Chlor-Alkali- Roh- und Elektrolicht- Rohstoff- Behälterglas-
Elektrolyse Zementmahlung bogenofen schmelzanlage herstellung
Potenzialabgrenzung
Entwicklung eines Fragebogens
Vor-Ort-Termine bei Unternehmen
Definition von Anforderungsprofilen – Strom
Kurzzeitige Anpassung
Tag- / Nacht-Ausgleich
Dunkelflaute / Hellbrise Definition von Anforderungsprofilen – Gasqualität
Konstante Gasbeschaffenheit
Schwankende Gasbeschaffenheit,
planbar
Bewertung von Hybridisierungsmaßnahmen Schwankende Gasbeschaffenheit,
nicht planbar
Analyse ausgewählter Prozesse
Auswahl geeigneter Technologien zur
Wärmebereitstellung
Potenzialbewertung
Rolle der Aggregatoren
Unternehmens-
überblick
Engagement Übersicht über aktive Aggregatoren
Interviews mit Aggregatoren
Einschätzung und Weiterentwicklung
Charakterisierung der Pilotregion Augsburg Leistungs-
angebot
Anforderungs-
profile der Anforderungsprofile
Zeithorizont 2050
Regionalisierte Lastgänge je Sektor
Regionalisierte Erzeugungsgänge für
PV und Wind
4
Erhebung von
Flexibilitätspotenzialen
Wissenschaft und Wirtschaft finden
zueinander
5
Metastudienanalyse – Ausgewiesene Flexibilitätspotenziale
weichen deutlich voneinander ab
3 500
Positives Leistungspotenzial Negatives Leistungspotenzial
3 500
3 000 3 000
Leistung in MW
Leistung in MW
2 500 2 500
2 000 2 000
1 500 1 500
1 000 1 000
500 500
©FfE BMBF-02#A Kopernikus_mbH_00358
©FfE BMBF-02#A Kopernikus_mbH_00357
0 0
Chlor- Aluminium- Papier- Elektro- Zement- Glas- Chlor- Aluminium- Papier- Elektro- Zement- Glas-
elektrolyse elektrolyse industrie stahl industrie industrie* elektrolyse elektrolyse industrie stahl industrie industrie*
n = 12 n = 10 n= 14 n = 13 n = 13 n=1 n=5 n=6 n= 7 n=4 n=7 n=1
* Potenzial der Glasindustrie bezieht sich nur auf Potenzial für Behälterglas
Es muss ein einheitliches Verständnis entwickelt werden
Quelle: Dufter, Christa et al.: Lastflexibilisierung in der Industrie – Metastudienanalyse zur Identifikation relevanter Aspekte bei der
Potenzialermittlung in: Paper und Vortrag bei der IEWT 2017 in Wien. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, 2017
6
Unterschiedliche Erwartungen von Wissenschaft und Wirtschaft
Wissenschaft • Entwicklung einer Methodik zur Erhebung von Flexibilitätspotenzialen
• Fokus auf technischem Potenzial
• Erhebung von Kosten zur Ausweisung einer „Merit Order“ der Flexibilitätspotenziale
Quelle: Präsentation des EEP beim Workshop „Clusterübergreifende
Verabschiedung der Potenzialanalyse“ am 14.02.2017 in München
Wirtschaft • Flexibilität darf nicht zu Produktionsausfall führen
• Datenerhebung ist zu umfangreich
• Kosten können nicht erhoben werden
7
Ergebnisse der Potenzialerhebung
Glasschmelzwanne Roh- und Chlor-Alkali- Rohstoffschmelz-
Elektrolichtbogenofen
mit EZH Zementmahlung Elektrolyse anlage
Flexibilitätspotenzial: Flexibilitätspotenzial: Flexibilitätspotenzial: Flexibilitätspotenzial: Flexibilitätspotenzial:
Positiv: 766 MW Positiv: 25 MW Positiv: 172 MW Positiv: 421 MW Positiv: 23 MW
Negativ: 0 MW Negativ: 15 MW Negativ: 172 MW Negativ: 15 MW Negativ: 3 MW
Abrufdauer: Abrufdauer: Abrufdauer: Abrufdauer: Abrufdauer:
Wenige Minuten Minuten Bis zu 12 h möglich, Teillast: 15 Minuten, Positiv: 5-60 Minuten
ggf. länger möglich EDC-Speicher: bis zu Negativ: 15 Minuten
mehrere Tage
Abrufhäufigkeit: Abrufhäufigkeit: Abrufhäufigkeit: Abrufhäufigkeit: Abrufhäufigkeit:
Mehrmals täglich Je nach Abrufdauer Ggf. mehrmals täglich Mehrmals täglich Mehrmals täglich
ggf. mehrmals täglich
Quelle: Ausfelder, Florian et al.: Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie - Methodik | Potenziale | Hemmnisse. München, Frankfurt/Main, Stuttgart:
Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), 2018.
8
Anforderungsprofile
Strom
Zur Erleichterung der Datenerhebung für
die Wirtschaft entwickelt
9
Charakteristische Situationen für die Flexibilitätsbereitstellung –
Die drei Anforderungsprofile
Kurzfristige Anpassung 2020 2030 2050
Vorankündigungszeit: 15 Minuten
Abrufdauer: 15 Minuten
Tag/Nacht-Ausgleich 2020 2030 2050
Vorankündigungszeit: 1 Tag
Abrufdauer: 3-12 Stunden ( )
Dunkelflaute / Hellbrise 2020 2030 2050
Vorankündigungszeit: 2-5 Tage
Abrufdauer: 1-5 Tage ( )
10Anforderungsprofil 1:
Kurzfristige Anpassung der Last
Energiewirtschaftlicher Hintergrund Bedeutung heute
Rahmenbedingungen
- (1) Ausgleich kurzfristiger Schwankungen von - Es existieren vier Produkte: Primär- und Lastreduktion
Erzeugung und Nachfrage durch den Kauf von Sekundärregelleistung, Minutenreserve, AbLaV
Energiewirtschaftlicher Bedeutung heute und
Systemdienstleistungen durch den Netzbetreiber
- Zusätzlich ist eine Optimierung am Intraday-Markt
- Vergütung für Leistungsbereitstellung möglich
Hintergrund
(Leistungspreis) und Abruf (Arbeitspreis) in Zukunft
Bedeutung in Zukunft
- (2) Zusätzlich Ausgleich kurzfristiger Ungleich-
- Zunehmende Unsicherheit über die Erzeugung wird Lasterhöhung
gewichte über Intraday-Handel, durch Flexibili-
voraussichtlich die Bedeutung kurzfristiger
sierung können Preisspreads zwischen einzelnen
Flexibilität erhöhen
Viertelstunden ausgenutzt werden
Vorankündigungszeit Abrufdauer
(1) Maximale Dauer zwischen Abruf durch Netz- Dauer der Anpassung der Nachfrage
Technische Daten
betreiber und Erbringung durch Flexibilitätsanbieter,
Über einen Aggregator ist die Teilnahme auch bei
tlw. auch weniger als 30 Sekunden
kürzeren Erbringungszeiten möglich
Vorankündigungszeit
(2) Handelsschluss fünf Minuten vor Beginn der
jeweiligen Viertelstunde
Abrufdauer
15 Minuten 15 Minuten
Möglicher Business Case Beispiel
(1) Anbieten von zu- oder abschaltbarer Leistung am Regelleistungsmarkt: (1) Für den Folgetag wird positive Minutenreserve
Für den Zeitraum, für den die Leistungserbringung garantiert wird, wird ein Leistungspreis realisiert. Im für den Zeitraum von 12.00 bis 16.00 Uhr vermarktet.
Business Case
Falle eines Abrufs wird zusätzlich der Arbeitspreis erwirtschaftet. Der Anbieter entscheidet selbst über die Um 12.30 Uhr bekommen Sie das Signal, Ihre
Höhe von Leistungspreis und Arbeitspreis. angebotene Leistung zu aktivieren. Von 12.45 bis
Möglicher Business Case
(2) Optimierung am Intraday-Markt:
Beispiel
13.00 Uhr müssen Sie Ihre Leistung um den
angebotenen Wert reduzieren. Sie bekommen für
Durch die Verschiebung des Verbrauchs von relativ teureren in billigere Viertelstunden kann ein Erlös
die 4 Stunden einen Leistungspreis vergütet und
erwirtschaftet werden.
darüber hinaus für die 15 Minuten Aktivierung einen
Durch die erwartete Änderung des Zuschlagsmechanismus für die Minutenreserve, wird es zu einer Arbeitspreis.
Annäherung zwischen Minutenreserve und Intraday-Handel kommen. 11Analyse der viertelstündlichen Spreads
im kontinuierlichen Intraday-Handel
0:00 Einführung Intraday-Auktion >50
4:00
40
Intraday-Spread in €/MWh
8:00
30
Uhrzeit
12:00
16:00 20
20:00
10
24:00
Monatliche 0
Mittelwerte über
2014 2015 2016 2017 2018
alle Stunden 27 €/MWh 18 €/MWh 12 €/MWh 15 €/MWh 15 €/MWh
Jahr
Quelle: Kern, Timo, Hinterstocker, Michael, von Roon, Serafin: Rückwirkungen von Batterie-Vermarktungsoptionen auf den Strommarkt
in: Paper und Vortrag bei der IEWT 2019 in Wien. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH2019. 12Rolle der Aggregatoren
bei der Vermarktung
industrieller Flexibilität
Validierung der wissenschaftlichen
Ergebnisse
13Sind die Anforderungsprofile die richtige Herangehensweise?
Interviews mit fünf In Zusammenarbeit mit:
Aggregatoren
Offene
Sind die in den Anforderungsprofilen beschriebenen Situationen praxisrelevant und vollständig?
Fragen
Sind die Anforderungsprofile aus Unternehmenssicht relevant?
Wie schätzen Sie die zukünftige Entwicklung des Bedarfs für Flexibilität ein?
14Sind die Anforderungsprofile die richtige Herangehensweise?
Interviews mit fünf In Zusammenarbeit mit:
Aggregatoren
Wichtige
Anforderungsprofile bilden praxisrelevante Situationen vollständig ab
Antworten
Unternehmen müssen sich mit Anforderungen (Vorankündigungszeit…) beschäftigen
Anforderungen müssen „weich“ definiert werden
Flexibilität mit längeren Abrufdauern (2 und 3) wird an Bedeutung gewinnen
Weitere Märkte fair für Nachfrageflexibilität öffnen
Weitere Informationen: https://www.ffegmbh.de/790
Geplante Veröffentlichung: Dufter, Christa et al.: Anforderungsprofile für den Einsatz von Lastflexibilisierung – Einschätzung der Aggregatoren und Erlösmöglichkeiten.
In: et Energiewirtschaftliche Tagesfragen 04/2019. Essen: etv Energieverlag GmbH, 2019.
15Anforderungsprofile
Gasqualität
Systematisierung der Herausforderungen
durch Power-to-Gas für die Industrie
16Vor welche Herausforderungen Power-to-Gas die Industrie stellt
Anforderungsprofil 1
Konstanter Volumenanteil von
erneuerbaren Gasen im Gasgemisch
Anforderungsprofil 2
Schwankender Volumenanteil von
erneuerbaren Gasen im Gasgemisch;
planbar
Anforderungsprofil 3
Schwankender Volumenanteil von
erneuerbaren Gasen im Gasgemisch;
nicht planbar
Geplante Veröffentlichung: Ganz, Kirstin et al.: Die Gasversorgung im Wandel - Vor welche Herausforderungen Power-to-Gas die
Industrie stellt in: et Energiewirtschaftliche Tagesfragen 05/2019. Essen: etv Energieverlag GmbH, 2019. 17Bewertung von
Hybridisierungsmaßnahmen
Wissenschaftliche Methoden und
Erfahrungen aus der Industrie ergänzen sich
18Hybridisierung von Prozessen in der Grundstoffindustrie (1)
• Evaluation von Kriterien für den Einsatz
elektrothermischer Erwärmungsverfahren
• Hybridisierungskriterium und Prozessauswahl
• Technologieauswahl und Hybridisierungsoptionen
• Hybridisierungspotenzial bzw. technisches
Substitutionspotenzial
• Hemmnisanalyse (Interviews)
19Hybridisierung von Prozessen in der Grundstoffindustrie (2)
• Je nach eingesetzter Technologie sind alle benötigten Temperaturniveaus der Grundstoffindustrie erreichbar
• Hybride Erwärmungsmethode von individuellen Prozess- und Umgebungsbedingungen abhängig
Wirtschaftlichkeit /
Hybridisierung
TLR
• für Glasindustrie problematisch bis nicht
durchführbar
• für Papierindustrie auf Versorgungsebene heute
schon sehr gut umsetzbar
• für Zementindustrie möglich, aber
technologischer Entwicklungsstand heute noch Hemmnisse
nicht ausreichend Beeinflussung Elektrische
Produktqualität Infrastruktur
Quelle: Veitengruber, Frank, Dufter, Christa, Gruber, Anna, Hübner, Tobias, Guminski, Andrej, Kleinertz, Britta, von Roon, Serafin: Potenzialanalyse zur Hybridisierung von Prozessen in der
Grundstoffindustrie in: Paper und Vortrag bei der IEWT 2019 in Wien. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, 2019. 20Flexibilitätspotenzial von industriellen Wärmenetzen durch
Hybridisierung
Temperaturniveaus Energieverbrauch Einschränkungen Technologien Verbindung Flexibilität
200
40
Wärmebereitstellung nach
Temperaturniveaus in PJ
Flexible elektrische Last in
175 Basisszenario
Potenzial für hybride
150 30 Max. Flexibilität
125
100
GW
20
75
50 10
25
0 0
60 °C 120 °C 180 °C 240 °C 0 2000 4000 6000 8000
Zur Auslegung des Wärmenetzes bzw.
Wärmenetztemperatur
Wärmeerzeugers angesetzte Volllaststunden
Basis- Wärmepumpe
5,5 GW
szenario E-Heizkessel
Max. Elektrodenheizkessel 16,9 GW
Flexibilität 21Verschiedene Optionen für die Flexibilitätsbereitstellung
Betrieb Hybrider Systeme Einsatz thermischer Speicher Überhitzung des Wärmenetzes
Netzbasierte Wärme- Bisher Speicher hauptsächlich Einsatz begrenzt durch
versorgung in der Industrie eingesetzt für fehlende Wärmetauscher um
• Backup erforderlich • Steigerung der Erzeuger und Verbraucher zu
• Techniker vor Ort Versorgungssicherheit entkoppeln
• Maximierung der
Weit verbreitete Effizienz der
Querschnittstechnologie Wärmeerzeuger
Netzbasierte Wärme- Großes Potenzial zur Geringes kurzfristiges
versorgung geeignet für Umstellung auf ein Potenzial in Wärmenetzen
Einsatz hybrider Systeme systemdienliches Verhalten mit Primär- und
Sekundärnetz
Große Potenziale bestehen – für genaue Quantifizierung ist Erweiterung der Datenbasis notwendig
Quelle: Kleinertz, Britta, Gruber, Anna, Veitengruber, Frank, Kolb, Michael, von Roon, Serafin: Flexibility potential of industrial thermal networks through hybridization in: Paper und
Vortrag bei der IEWT 2019 in Wien. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, 2019. 22Charakterisierung der
Pilotregion Augsburg
Alle Stakeholder werden einbezogen
23Die Ergebnisse werden mit allen Stakeholdern diskutiert
2030
600
400
200
Residuallast in MW
0
-200
-400
-600
©FfE BMBF-04#A Kopernikus_mbH_00185
-800
2050
600
400
200
Residuallast in MW
0
Fotograf: Ingo Dumreicher
-200
-400
-600
©FfE BMBF-04#A Kopernikus_mbH_00187
-800
Last- und Erzeugungsgänge für die Modellregion Augsburg basierend auf KS95 der Studie „Klimaschutzszenario 2050“
(Öko-Institut & Fraunhofer ISI, 2015)
24Fazit
25Das Erfolgsrezept der Verbundprojekte an der FfE
• Enge Verzahnung zwischen Wissenschaft und Wirtschaft wichtig
• Partner aus der Wirtschaft sind bereits im Projektverlauf stark eingebunden
• Wirtschaft und Wissenschaft lernen voneinander
• Wissenschaft unterstützt Wirtschaft bei ihren Arbeiten
• Ergebnisse aus der Wissenschaft werden mit Partnern aus der Wirtschaft validiert
26Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
! ?
?
§ „…“
27Dr.-Ing. Serafin von Roon Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH
Geschäftsführer Am Blütenanger 71
80995 München
Forschungsgesellschaft für
Tel.: +49(0)89 15 81 21 – 0
Energiewirtschaft mbH
Email: info@ffe.de
Tel.: +49(0)89 15 81 21 – 51 Internet: www.ffegmbh.de
Email: sroon@ffe.de Twitter: @FfE_MuenchenSie können auch lesen
