VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector

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VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
Präsentation

   VDE-Studie:
   Erneuerbare Energie braucht flexible
   Kraftwerke – Szenarien bis 2020

Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector

22.11.2013 / 1
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
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                 Autoren
                 ETG-Task Force Flexibilisierung des Kraftwerksparks

                 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Günther Brauner, TU Wien (Leitung)
                 Dipl.-Ing. Wolfgang Glaunsinger, VDE ETG
                 Dipl.-Ing. Stefan Bofinger, IWES-Fraunhofer
                 Dipl.-Ing. Markus John, ABB AG, Division Energietechnik-Systeme
                 Dipl.-Ing. Wendelin Magin, ABB AG, Division Energietechnik-Systeme
                 Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens, Energy Sector, Technology und Innovation
                 Dipl.-Ing. Steffen Schüler, Vattenfall Europe
                 Dipl.-Ing. Stephan Schulz, 50Hertz Transmission GmbH
                 Dr.-Ing. Ulrich Schwing, EnBW Kraftwerke AG
                 Dr. sc. Philipp Seydel, EnBW Trading GmbH
                 Dr. Florian Steinke, Siemens Corporate Technology

22.11.2013 / 2
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Inhalte

- Einführung

- Systemanalyse

- Wirtschaftlichkeit/Geschäftsmodelle

- Betriebliche Anforderungen an die konventionellen Kraftwerke

22.11.2013 / 3
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Erinnern wir uns: Vision des Energiekonzepts 2050
Mehr Erneuerbare, weniger Emissionen
                                                                                                                             Vorrangiges Ziel ~80% CO2
      in %                                                                                                                   Reduktion bis 2050
                                                                                                                             Der Weg zu regenerativer und
100                                                                                                                          CO2 -freier Zukunft wird
                                                                                          80                                 bestätigt. Die entscheidenden
 80                                                                                                                          Erfolgsfaktoren dafür:
                                                                                                      -25%
                                                                                  60                                                    Effizienzmaßnahmen
 60
                                                                                                                                        radikale Umstrukturierung der
                                                                                                      -50%                              Elektrizitätswirtschaft
 40                  35
                                                                                                                             Energieerzeugung erfolgt 2050
 20
            18                                                                                        -80%                   überwiegend aus EE
                                                                                                                             Umformen der Verteilungs-
  0                                                                                                                          netze in “intelligente” Netze
              2020                   2030                    2040                   2050                                     ( „Smart Grid“)
      Anteil erneuerbarer Energien                               Stromverbrauch (100%=2008) *
                                                                                                                             Ausbau der Speicher-
      am Endenergieverbrauch
                                                                 Primärenergieverbrauch (100%=2008) *
                                                                                                                             kapazitäten (z.B. Druckluft-
      Anteil der Stromerzeugung aus
                                                                 Treibhausgasemissionen (100%=1990)
                                                                                                                             und Wasserstoffspeicher)
      erneuerbaren Energien am
      Bruttostromverbrauch
                                                                                                                             Stromimporte von 20 - 30% in
                                                                                                                             2050
 * Es sind nur konkrete Zahlen für die Jahre 2020 und 2050 im Energiekonzept enthalten.   Quelle: Bundesregierung, Booz & Company Analysis

  22.11.2013 / 4
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
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  VDE-Task-Force „Flexibilisierung der
  thermischen Erzeugungskapazitäten“
        Arbeits-Zeitraum 2010 – 2012
        Interdiziplinäre, unparteiische Plattform

        Ziel:
        Risiken der Energiewende durch Expertenforum mindern
        Bestehendes Energiesystem als Ausgangspunkt
        Möglichst viel EE integrieren bei geringen Aufwand und
        Abhängigkeiten von anderen neuen Technologien
        Einbindung aller relevanten Parteien: Wind, PV, Netzbetrieb,
        Kraftwerksbetrieb, Netzregelung, Stromhandel, Industrie

22.11.2013 / 5
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
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Fragestellungen:
  Im Netz muss jederzeit die Leistung aller Erzeugung der
Leistung aller Verbraucher entsprechen.
  Wie sieht ein sicherer und stabiler Netzbetrieb bei
überwiegend fluktuierenden Einspeisungen aus Wind und
PV aus ?
  Können alle thermischen Kraftwerke abgeschaltet werden
und nur mit Wind und PV das Netz geregelt werden ?
  Wie viel Energie kann wie lange gespeichert werden –
sind die Speicherkapazitäten nach Leistung und Energie
ausreichend ?
  Welche neuen Aufgaben kommen auf die thermischen
Kraftwerke zu und wie können diese erfüllt werden ?

22.11.2013 / 6
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
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   Systemanalyse

   Szenarien/Modellrechnung

22.11.2013 / 7
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
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Für den Erfolg der 2050 - Vision ist die Entwicklung der
nächsten 10 Jahre maßgeblich. Unter neun VDE - Szenarien ist
das „VDE AT40“ als Referenz ausgewählt.
Verbrauchsrückgang (VR)                  Aktueller Trend (AT)                Langfristiger Trend (LT)
    …zurückgehender Verbrauch            …stagnierender Verbrauch           …Übergang zu einem “electrical age”
             -1,6%/a                               0 %/a                                 1,8 %/a

                             Anteile regenerativer Energieträger in 2020
 regenerative Stromerzeugung „RE“     regenerative Stromerzeugung „RE“      regenerative Stromerzeugung „RE“
   20%          30%         40%         20%          30%         40%          20%          30%         40%

                                               PV Neubau
Niedrig bis moderat                            Moderat bis stark                     Stark bis sehr stark

                                              Wind Neubau
Niedrig bis moderat                            Moderat bis stark                     Stark bis sehr stark

                                             Kohle Neubau
    backlog + 1 CCS Demo Anlage       backlog + 1 - 2 CCS Demo Anlagen       backlog + 3 - 4 CCS Demo Anlagen

                                            Erdgas Neubau
Niedriger bis moderater Gas-Ausbau.    Moderater bis starker Gas- Ausbau.           Starker Gas- Ausbau.

 22.11.2013 / 8
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
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                   Erzeugungspark 2020: konventionell & EE

                    TWh                                                                                   739
                                                                                                                   719       709
                                  621
                   Erneuerbare                                                 603     593                                   123
                               82                                                               583                195
                      Energien           16%                                                              274
                   Wasserkraft 20              528                                                                            19
                                                        508                                      97
                                                                 498 40%               157
                       Erdgas      85                                          222                                 20
                                                                                                 19
                                                                  80
                 Erdöl/sonstige    31          190      132                             20                21
                                                                  19                                                         312
                                                         20                    21               216                255
                                                21                                     172                210
                                                                 155
                                                        115                    134
                        Kohle 263               98
                                                         16       12                    16       16                           16
                                                                               20                                  16
                                                18                                                        21

                                                        195      202           178     197      204                202       209
                                               176                                                        182
                   Kernenergie 141

                                                25       29       30           27       29       30       29       30         30
                                               40% RE   30% RE   20% RE       40% RE   30% RE   20% RE   40% RE   30% RE    20% RE
                                  2010
                                  Szenario   Verbrauchsrückgang VR                                       Langfristiger Trend LT
                                                                       Aktueller Trend AT
                                                                       Szenario „AT40“

22.11.2013 / 9
VDE-Studie: Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke - Szenarien bis 2020 - Dr.-Ing. Ireneusz Pyc, Siemens Energy Sector
Präsentation

 Kapazitäten und Erzeugung 2009 – 2020
 VDE AT 40 Szenario

       Erzeugung (TWh)                                Erzeugungskapazitäten (GW)
                                                  250
                  621 TWh   603 TWh                                                226 GW

                                                  200                                  60

                                      EE 40 %

                                                                                                     EE 58 %
                                                                  146 GW
                                                  150                                  42
                                                                    10

                                                                    26
                                                                                       16
                                                                    54                  7
                                                  100                                 5
                                      KONV 60 %
                                                                    25

                                                                                                     KONV 42 %
                                                                        6              43
                                                                    6

                                                    50              23
                                                                                      111
                                                                    21                 24

                                                                   19                  13
                                                                                      4
                                                     0
                                                                   2009              2020
                                                  Kernkraft         Braunkohle     Steinkohle         Öl
                                                  Dezentral         Gas            Wasserkraft        Biomasse
                                                  Wind offshore     Wind onshore   Solar

22.11.2013 / 10
Präsentation

                  Simulationsmodell Deutschland 2020
                           (Regionenmodell)

22.11.2013 / 11
Präsentation

  Zeiten mit EE- Überschuss...
  Verfügbarkeitsfaktoren der PV - Anlagen gegenüber der Wind onshore-/offshore-
  Leistung in der Sommerzeit
                                                                                                                                                                          Gleichzeitige
                                                                                                                                                                          Leistungsspitzen

                                                                 Gleichzeitige
                                                                 Leistungsspitzen

Quelle: Siemens CT T IAT ISC, IWES
Die Daten liegen für alle 50x50km Zellen als stündlich aufgelöste Zeitreihen für 2000-2008 vor. Sie wurden anhand von kommerziellen Wetterdaten und angenommenen PV-/Turbinenkennlinien zusammen mit dem
Fraunhofer IWES errechnet.
- Die einzelnen Ortszeitreihen gewichtet und gemittelt. Als Gewichtung wurden die 2020 Ausbauziele der EE der Bundesregierung angenommen.
- Aus den resultierenden einzelnen Zeitreihen für Wind On-/Offshore und PV sind für die Mittagstunden (11-14h) der Monate Mai-August dargestellt.

      22.11.2013 / 12
Präsentation

...und Zeiten mit EE-Mangel sind zu erwarten...
Verfügbarkeitsfaktoren der PV - Anlagen gegenüber der Wind onshore-/offshore-
Leistung in der Winterzeit

                                 Gleichzeitiger                                                                                     Gleichzeitiger
                                 Leistungsmangel                                                                                    Leistungsmangel

Quelle: Siemens CT T IAT ISC, IWES
Die Daten liegen für alle 50x50km Zellen als stündlich aufgelöste Zeitreihen für 2000-2008 vor. Sie wurden anhand von kommerziellen Wetterdaten und angenommenen PV-/Turbinenkennlinien zusammen mit dem
Fraunhofer IWES errechnet.
- Die einzelnen Ortszeitreihen gewichtet und gemittelt. Als Gewichtung wurden die 2020 Ausbauziele der EE der Bundesregierung angenommen.
- Aus den resultierenden einzelnen Zeitreihen für Wind On-/Offshore und PV sind für die Mittagstunden (11-14h) der Monate Dezember/Januar dargestellt.

      22.11.2013 / 13
Präsentation

Regionenmodell 2020

     Berücksichtigen aller (großen) Kraftwerke
     Neueste Stilllegungsszenarien
     Pumpspeicherkapazitäten (Leistung und Volumen)
     Leitungskapazitäten zwischen den Regionen (summarisch)

Simulation der Solarstrahlung und des Winddargebots anhand
von regionalen Wetterzeitreihen (Wetterdienste)
Ergebnis:
  Bestimmung des Verlaufs der Residuallast
  Ableitung Gradienten, Leistungen, Flautenzeiten…
  Kraftwerkseinsatz

22.11.2013 / 14
Präsentation

     Kraftwerkseinsatz 2009 und 2020 (Simulation)
     (Beispielwochen im Januar und Juli für das Jahr 2020)

     2009
     Hoher Anteil
     an Grundlast

     2020
     Grundlast wird
     verdrängt, dafür
     flexible Kraftwerke

Nicht verwendete Überschussenergie:
zu geringe Speicherkapazitäten im Netz !

      22.11.2013 / 15
Präsentation

        Gradienten der Residuallast 2009-2020

Die stündlichen
Gradienten haben heute
bekannten Zuschnitt.
Maximale 1h Gradienten
steigen

                                                Erwartete tägliche Last-
                                                änderungen erfordern
                                                eine disponierbare
                                                Kraftwerksleistung
                                                von 60 GW

  22.11.2013 / 16
Präsentation

            Erzeugungsgradienten von Wind und PV in Deutschland
            (Ergebnis VDE AT 40 Szenario)

                               installierte
                                              1h-Gradient   3h-Gradient
                                Leistung

         Onshore Wind            42 GW         4 GW/h        2,5 GW/h

         Offshore Wind           16 GW         3 GW/h        2 GW/h

         Photovoltaik            60 GW         12 GW/h       8 GW/h

         Planerischer
                                               15 GW/h       10 GW/h
         Maximalgradient

22.11.2013 / 17
Präsentation

Konsequenzen für den Einsatz der thermischen
Kraftwerke, VDE AT40RE Szenario
Lastwechselfähigkeit 2020

Alle thermischen Kraftwerke sind
grundsätzlich geeignet zur Lösung                                            30,00

                                        Kraftwerksleistung im Regeleinsatz
der zukünftigen Aufgaben                                                     25,00
beizutragen                                                                                                                               Leistungs-
Um gleiche Leistungsgradienten                                               20,00                                                        gradient
abzufahren, werden wenige schnelle                                                            - 67 %
                                                                             15,00                                                        5 GW/h
oder viele langsame Kraftwerke
benötigt                                                                     10,00                                                        10 GW/h

Nachteile langsamer Kraftwerke:                                                                                                           15 GW/h
                                                                              5,00
mehr stand-by-Energie in Bereitschaft
Lebensdauerverbrauch für Bestands-                                            0,00
anlagen wird sich durch Reduktion                                                     3 %/min          2 %/min            1 %/min
                                                                                     „schnell“                           „langsam“
der Volllaststunden reduzieren                                                               Regelfähigkeit der Kraftwerke
(DKW ~200.000 h), aber durch höhere
und häufigere Gradienten erhöhen
Neue Bewertung der
Bauteilerschöpfung nötig

22.11.2013 / 18
Präsentation

  Konsequenzen für den Einsatz der thermischen
  Kraftwerke, VDE AT40RE Szenario
  Auslastung, Anzahl von Starts

Die Auswertung nach
Lastbändern ergibt:

Auch nach „Merit - Order“
günstigste Kraftwerke müssen
sich am Lastfolgebetrieb beteiligen

Steinkohle- und Gaskraftwerke
müssen sich auf häufige An- und
Abfahrten, starke Lastwechsel und
sinkende Volllaststunden
einstellen

   22.11.2013 / 19
Präsentation

Ergebnis Systemanalyse:
   Basierend auf einem integrierten Systemverständnis erfordert die Transformation
   des Versorgungssystems eine technologisch und zeitlich aufeinander abgestimmte
   Vorgehensweise beim Ausbau erneuerbarer Energien, der Netze und Speicher,
   sowie bei dem Lastmanagement
   Netze können nicht zeitgerecht entsprechend dem Ausbau der EE verstärkt und
   ausgebaut werden
   Speicher werden wahrscheinlich kurzfristig nicht ausreichend zur Verfügung stehen
   Eine großflächige Anwendung von smart grids und demand response - Maßnahmen
   ist kurzzeitig nicht zu erwarten
   Zwei parallel existierende Systeme (thermisch/erneuerbar) entstehen.

   Energieüberschuss wird immer größer und häufiger zu erwarten sein. Zeiten mit
   hohem Überschuss oder Mangel an erneuerbaren Energien ergeben
   sich aus den stochastischen Wettermustern und der Netzlast.
   Im Netz sind kombiniert aus Wind und PV Gradienten bis 15 GW/h (1 h) möglich
   Thermische Kraftwerke sind bei Speichermangel unverzichtbar. Sie müssen am Netz
   verbleiben/bzw. durch neue thermische Anlagen ersetzt werden. Darüber hinaus
   müssen sie flexibel einsetzbar sein

22.11.2013 / 20
Präsentation

   Wirtschaftlichkeit / Geschäftsmodelle

22.11.2013 / 21
Präsentation

Der existierende Strommarkt benachteiligt Investitionen
in thermische Kraftwerke

Mit deutlich sinkender Aus-                                                     0,20
lastung können im existieren-                                                   0,18
                                                                                                                                   BK:Braunkohle Dampfkraftwerk
den Stromhandel-Markmodell                                                      0,16                       Kohlekraftwerk

                                Erzeugungskosten 2020 *)
                                                                                                                                   SK: Steinkohle-Dampfkraftwerk
die Vollkosten der Stromer-

                                                           €/kWh (Vollkosten)
                                                                                0,14                       Gas-Kombikraftwerk      GUD: gasbefeuert
zeugung nicht gedeckt und                                                       0,12
somit Investitionen nicht
gerechtfertigt werden                                                           0,10
                                                                                0,08   Börsenpreis
                                                                                0,06          2020
Abhilfe können geeignete                                                                                                                              Börsenpreis

Regulierungs- und Geschäfts-                                                    0,04                 GUD
                                                                                                                                                      2010
                                                                                                                     SK

                                                                                                                                    AT 40
                                                                                                                            2010

                                                                                                                                                     2010
                                                                                                             2010
                                                                                                                                            BK
modelle verschaffen, um eine                                                    0,02
thermische Mindestkapazität                                                     0,00
auch bei niedrigen Volllast-                                                           1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
stunden wirtschaftlich dar-                                                                                                                 *) zentrale Stromerzeugung,

stellen zu können.                                                                                           Volllaststunden                Gaspreis:
                                                                                                                                            Kohlepreis:
                                                                                                                                                                       8 €/GJ,
                                                                                                                                                                      2,4 €/GJ,
                                                                                                                                            CO2-Zertifikate Preis: 24 €/t CO2

  22.11.2013 / 22
Präsentation

 Die Transformation des Energiesystems bedingt neue
 Vermarktungs- und Vergütungsoptionen
                    STROMMARKT HEUTE                                                  STROMMARKT DER ZUKUNFT

                           Stromhandel                                                      Stromhandel
             (Spot- und Terminmarkt)                                                  (Spot- und Terminmarkt)
         Arbeitspreis: €/kWh                                                      Arbeitspreis: €/kWh
                                                                                  Rampenpreis“: +/- € /MW/min
             Terminmarkt                        Spotmarkt                            Systemdienstleistungen
                                               Day-        Intra-
           Over the Counter
                                               ahead       day                           (Regelenergiemarkt)
      > 1 Tag (Jahr, Quartal, Monat)           1 Tag       < 1 Tag      45 min
                                                                                 Arbeitspreis: €/kWh
                                                                                 Leistungspreis: +/- €/kW
         Systemdienstleistungen                                                  „Blindleistungspreis“: +/- €/var/s
             (Regelenergiemarkt)
                                                                                 „Frequenzpreis“: +/-€/mHz/s
          Arbeitspreis: €/kWh
                                                                                 „Spannungspreis“: +/- V/s
          Leistungspreis: €/kW
                                                                                 Schwarzstartfähigkeit

                                                                                         Kapazitätsmarkt

                 Primary   Secondary reserve                                      Leistungspreis: €/kW
                 reserve                         Tertiary reserve

            0s     30 s    5 min   15 min         30 min             60 min
                                                                                     Markt für kalte Reserve
                                                                                  Leistungspreis: €/kW

22.11.2013 / 23
Präsentation

        Die Transformation des Energiesystems
        bedingt neue Vermarktungs- und Vergütungsoptionen
               Regelenergiemarkt                              Heute                                                                            Zukunft
               Ereignis: Frequenzabfall

50 Hz

                                                              Stundenprodukt   Börse                          Rampenprodukt
              Primär - Sekundär            Minuten                                                  Dauer
                                           Reserve                               MW                 Reserve               MW
              Regel    Regel
              Leistung Leistung
                                                                                                 + 1 MW
                                                                                                                                               + 1 MW

                                                                                                               - 1 MW

                                                                          1 Stunde                                  1 Stunde
                                                                          Energiemenge = 1 MWh                      Energiemenge = 0 MWh

                                                                                                                AT40RE Szenario
                                                                                                                Planerischer Maximalgradient
         0 s 30 s         5 min 15 min   30 min      60 min
                                                                                                                1h: 15 GW/h
                                                                                                                3h: 10 GW/h

                                 Systemdienstleistungen                                  Stromhandel            +           Kapazitätshandel

        22.11.2013 / 24
Präsentation

   Betriebliche Anforderungen an die
   konventionellen Kraftwerke

22.11.2013 / 25
Präsentation

 Bedeutung flexibler Kraftwerke bis 2020

        Leitungsausbau bis 2020 voraussichtlich nicht ausreichend

        Speicherausbau zu gering in Leistung und Speicherenergie

        Thermische Kraftwerke müssen regional diese fehlenden
        Kapazitäten ausgleichen

        Vorrang der EE: thermische Kraftwerke fahren zurück oder
        werden abgestellt bei EE-Einspeisung

        Thermische Kraftwerke füllen längerer EE-Erzeugungslücken

22.11.2013 / 26
Präsentation

 Anforderungen an die Lastwechselfähigkeit

                                               Die stündlichen Gradienten
                  Auswertung der Simulation:
                                               haben heute bekannten
                                               Zuschnitt

                                               Tägliche Laständerungen
                                               erfordern eine disponier-
                                               bare Kraftwerksleistung bis
                                               zu 60 GW

22.11.2013 / 27
Präsentation

 Zukünftige Anforderungen an die
 thermischen Kraftwerke

                        Gradientenfähigkeit
                        („Stop and Go“)
                        Etwa doppelt so häufiges
                        An- und Abfahren
                        Hohe Wirkungsgrade im
                        Teillastbereich
                        Niedrige Mindestlast

22.11.2013 / 28
Präsentation

 Was verstehen wir unter Flexibilität?

                         Quelle
                         Dr. Andreas Feldmüller, Siemens Energy Sector, E S SF PLF

22.11.2013 / 29
Präsentation

 Das Potential der heutigen thermischen
 Kraftwerke
  Kraftwerkstyp                  Steinkohle      Braunkohle     Gas- und         Gasturbine
                                                                Dampfkraft-      solo             Anforderungen:
                                                                werk (GuD)

  Lastgradient        %PN/min      1,5 / 4 / 6    1 / 2,5 / 4     2/4/8           8 / 12 / 15     Hohe Lastgradienten
    im Bereich        %PN           40 – 90        50 - 90        40*) - 90        40*) - 90
  Minimallast         %PN         40 / 25 / 20   60 / 50 / 40   50 / 40 / 30*)   50 / 40 / 20*)   Niedrige Minimallast
  Anfahrzeiten:

  Heiß (< 8 h)        h            3 / 2,5 / 2     6/4/2        1,5 / 1 / 0,5        < 0,1        Kurze Anfahrzeiten
  Kalt (> 48 h)       h            10 / 5 / 4     10 / 8 / 6      4/3/2              < 0,1

                  Lesehinweis: heute üblich / Stand der Technik / Optimierungspotential
 * bedingt durch die Emissionsgrenzwerte für NOX und CO bei Dauerbetrieb
        Alle thermischen Kraftwerke sind grundsätzlich geeignet
        zur Lösung der zukünftigen Aufgaben beizutragen

22.11.2013 / 30
Präsentation

 Leistungsgradienten von thermischen Kraftwerken

                              stand alone
                         1        GT

                  P/Pn                              GuD
                                                  Standard
                                                              Kohle-
                                                              KW
                                                             Kohle
                                              GuD
                                            flexibel

                             Start
                         0                                                           t

                                 0                     1               2 h

22.11.2013 / 31
Präsentation

                                         Stand der Technik konventioneller Anlagen
                                         Laständerungsgeschwindigkeiten

                             45,0                                                                                                 Der Stand der Technik
                             40,0                                                                                                     12%/min (Gas)
                             35,0                                                                                                     4%/min (Kohle)
Leistungsänderung / MW/min

                             30,0
                                                                                                                                      3%/min (GuD)
                             25,0
                                                                                                         BK 1
                                                                                                                                  Anforderungen heute
                             20,0                                                          SK 3                                       2%/min (Primärregelung)
                             15,0            GT 6
                                                                          SK 6
                                                                                                  SK 5    Min: 2%/min             Aktuell erfüllen bei die Stein-
                             10,0
                                        GT GT
                                           4 5              KA 2
                                                          SK 2
                                                                          SK 4                       Gasturbinen 12%/min          und Braunkohleanlagen nicht
                              5,0
                                    GT 1
                                     GT 2
                                          GT 3
                                                            KA 1
                                                                   SK 1                              GuD 3%/min
                                                                                                     Kohle 4%/min
                                                                                                                                  alle Anlagen den Stand der
                              0,0
                                                                                                                                  Technik.
                                    0               200      400             600
                                                                    Netto- Leistung / MW
                                                                                           800              1000           1200
                                                                                                                                  Der häufigste Grund liegt in
                                                                                                                                  der fehlenden Notwendigkeit
                                                                                                                                  hierfür.

                                        22.11.2013 / 32
Präsentation

Beispiel: FACY™ verbessert die Effizienz während der heißen Startphase
von Siemens GUD Anlagen um 14% PP
                                                                                                Stromproduktion [MWh]
Last                                Verbesserung                   Verbesserung                 während der Startphase
                                                                                                     einer täglich
             < 30 min.
                                                               • Fliegender Start der                     +94%
                                                                 Dampfturbine
       Verbesserte                                                                               140.725
       Anfahrtskurve
                                                               • Schafft sehr gute                                  72.725
                                                                 Voraussetzungen für
                                                                 optimieren Flotten-
                                     Konventioneller             Fahrweise
                                     Start                                                       Siemens       Competition

                                                                                                 Quelle Siemens Energy Sector
                                                            Zeit
                                                   tconv.
   Startzeit             Siemens          Wettbewerb                                         Konventioneller Heiß-Start
                                                                   Vorteil Wirkungsgrad        Heiß-Start    mit FACY™
   Heiß                  ~ 30 min         70 min
                                                                   Durchschn. Wirkungsgrad        ~36%                    ~50%
   Warm                  ~ 90 min         120 min                  (tconv.)
   Kalt                  ~120 min         160 min
                                                                   Brennstoffverbrauch          ~514 MWh              ~326 MWh
          Für GuD Neuanlagen und als Nachrüstung verfügbar
          Konzept auf DKW übertragbar?
       22.11.2013 / 33
Präsentation

 Optimierung und Weiterentwicklung von
 Kraftwerken - Referenzen für Anfahroptimierungen
 (Auswahl, DKWs)

                             Quelle
                             Dr. Andreas Feldmüller, Siemens Energy Sector, E S SF PLF

22.11.2013 / 34
Präsentation

 Stand der Technik konventioneller Anlagen
 Mindestlast                Der Stand der Technik
                                   ca. 25% (Steinkohle)
                                   ca. 40% (Braunkohle)
                                   ca. 40%- 50% (Gas)

                               Aktuell erfüllen nicht alle Anlagen
                               den Stand der Technik.
                                   Der häufigste Grund liegt in der
                                   fehlenden Notwendigkeit hierfür.

                               Heute optimiert auf
                                   Max Leistung
                                   Max Wirkungsgrad
                                   Max Lebensdauer
                                   Min Betriebskosten
                                   Min Emissionen

22.11.2013 / 35
Präsentation

 Potenzial und Grenzen der Flexibilisierung von
 konventionellen Kraftwerken Mindestlast
                             Potenzial:
                                 Größtes Potenzial liegt bei den
                                 Steinkohleanlagen
                                 1 Mühlenbetrieb (20%)
                                 Feuerraumüberwachung
                                 Brennstoffoptimierung

                             Grenzen:
                                 Emissionswerte (Gas)
                                 Unterschreitung Taupunkts-
                                 temperaturen im Rauchgas
                                 Reduzierte Katalysator-
                                 effektivität in der DENOX
                                 Verdampfermindestmenge
                                 Absinken der Frischdampf- und
                                 ZÜ-Temperaturen

22.11.2013 / 36
Präsentation

Betriebliche Konsequenzen flexibler Fahrweise -
Längere Stillstände bergen Korrosionsgefahren

                                Quelle
                                Dr. Andreas Feldmüller, Siemens Energy Sector, E S SF PLF

22.11.2013 / 37
Präsentation

Ergebnis: Betriebliche Anforderungen an die konventionellen Kraftwerke
             Transformation von Grund-, Mittel-, Spitzenlastkraftwerken zu flexiblen
             Erzeugungseinheiten

             Bestehende Anlagen haben noch Potential, den Anforderungen an flexible
             Erzeugung zu folgen:
                 Tiefere Mindestlasten
                 Höhere Laständerungsgeschwindigkeit
                 Optimiertes Anfahren

             Optimierungsmöglichkeiten sind noch nicht ausgeschöpft:
                 Mechanische Anpassungen
                 Leittechnische Anpassungen

             Höhere Anforderungen an Laständerungsgeschwindigkeit hat direkte
             Auswirkung auf die Lebensdauer.

             Ideale Voraussetzungen bieten Gas- bzw. GUD-Anlagen, jedoch bei deutlich
             geringerer Betriebszeit

22.11.2013 / 38
Präsentation

  Schlussfolgerungen und Handlungsbedarf
     Die nachhaltige Energieversorgung erfordert eine stark leistungsorientierte
     Systemauslegung

     Zukünftig müssen daher erneuerbare Erzeugung und konventionelle,
     überwiegend thermische Erzeugung auf einander abgestimmt zusammenwirken
     mit Vorrang der EE und flexiblem Einsatz der thermischen Kraftwerke

     Für die thermischen Kraftwerke ergeben sich höhere Anforderungen durch steile
     Gradientenfahrweise, häufigere An- und Abfahrten sowie niedrigere Mindestlast
     und hierdurch erhöhten Verschleiß und Lebensdauerminderung

     Die Auslastung der thermischen Kraftwerke wird drastisch sinken und damit ist
     deren wirtschaftlicher Betrieb unter den heutigen Marktbedingungen gefährdet.

     Die Kraftwerke konvertieren vom Lieferanten von Grundlastenergie zum
     Bereitsteller von flexiblen und sicherheitsrelevanten Systemdienstleistungen.
     Es sind geeignete Regulierungs- und Geschäftsmodelle zu entwickeln, um eine
     thermische Mindestkapazität auch bei niedrigen Volllaststunden wirtschaftlich
     darstellen zu können (Systemdienstleistungen, Kapazitätsmarkt).

22.11.2013 / 39
Präsentation

   Danke für Ihre Aufmerksamkeit !

22.11.2013 / 40
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