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DBFZ/IZES/FvB-Workshop „Bedarfsgerechte Stromerzeugung“

Veränderungen des Stromversorgungssystems durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien

Berlin, 19. Juni 2013Daniel Hölder

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Inhalt

►Kurze Vorstellung von Clean Energy Sourcing

►Paradigmenwechsel in der Stromversorgung

Flexibilität statt Grundlast

Biogas-/KWK-Anlagen als Flexibilitätsoption

►Bedarfsgerechte Stromerzeugung und Systemstabilität

Strompreisbildung an den Spot- und Terminmärkten

Flexibilitätsanforderungen

Regelenergie

►Fazit

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Vorstellung des Unternehmens

Wir sind einer der führenden Grünstromlieferanten für Industrie- und Gewerbekunden und Direktvermarkter von Strom aus EEG-Anlagen in Deutschland

Mit ca. 4.000 GWh Stromabsatz sind wir der größte Grünstromversorger in Deutschland

Wir kaufen Grünstrom direkt bei den Produzenten ein und versorgen unsere Kunden über eine geschlossene Lieferkette

Wir sind Pionier im Bereich Direktvermarktung von EEG-Strom und vermarkten derzeit ca. 2.300 MW EEG-Anlagen direkt

Wir betreiben virtuelle Kraftwerke zum Angebot von Regelenergie aus Bioenergie- und KWK-Anlagen

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Unser Angebot: Direktvermarktung, virtuelles Kraftwerk und lokale Versorgung

Direktvermarktung

Vermarktung von Strom aus EEG- und KWK-Anlagen an den Strommärkten

Regelenergie

Virtuelles Regelkraftwerk zum Angebot von Minuten- und Sekundärregelleistung

Bedarfsgerechte Stromerzeugung

Fahrplanbetrieb der Anlage in Abhängigkeit von Strommarkt- und Regelenergiepreisen

Lokale Stromversorgung

Versorgung von Kunden in der Nachbarschaft von EEG-Anlagen direkt oder indirekt durch den Anlagenbetreiber

Stromversorger powered by CLENS macht Anlagenbetreiber zum Stromlieferanten

Versorgung mit erneuerbarem Betriebsstrom

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Inhalt

►Kurze Vorstellung von Clean Energy Sourcing

►Paradigmenwechsel in der Stromversorgung

Flexibilität statt Grundlast

Biogas-/KWK-Anlagen als Flexibilitätsoption

►Bedarfsgerechte Stromerzeugung und Systemstabilität

Strompreisbildung an den Spot- und Terminmärkten

Flexibilitätsanforderungen

Regelenergie

►Fazit

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Flexibilität statt Grundlast: Paradigmenwechsel in der Stromversorgung

Grundlast verliert mit zunehmendem EE-Anteil an Wert

Flexible, steuerbare Anlagen (Bioenergieund Erdgas-KWK) müssen die Lücken von Wind und Sonne füllen

Bei hohen Anteilen auch Speicher notwendig

rot Strombedarf (2010)

grün Erzeugung Wind & Solar

Leistung [GW]

20 % Erneuerbare Energien

40 % Erneuerbare Energien

80 % Erneuerbare Energien

Abbildung:: Prof. Dr. Stadler/ Westfalen Wind GmbH

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Das Stromsystem steht vor grundlegenden Veränderungen

Statt zuverlässig planbarer Grundlast, Mittellast und SpitzenlastFluktuierende Erzeugung aus Sonne und Wind wird ergänzt durch hochflexible Bioenergie und Erdgas-KWK sowie durch Lastmanagement und Speicher

Statt großen, zentralen Kraftwerken in der Nähe der VerbrauchszentrenDezentrale, kleine und mittlere Anlagen, die teilweise abseits der Verbrauchszentren liegen

Statt wenigen, hochprofessionellen Kraftwerksbetreibern mit eigenen Handelsabteilungeneine Vielzahl von kleinen Betreibern, deren Kerngeschäft nicht der Kraftwerksbetrieb ist und die über keine energiewirtschaftliche Kompetenz verfügen

Das hat Auswirkungenauf den Strommarkt: Sinkende Strompreise, Verhältnis zwischen Spot- und Terminmarkt, Refinanzierung von Kapazitätenauf das Stromnetz: Nord-Süd-Trassen, Management der Verteilnetzeauf die Märkte für Systemdienstleistungen (insbesondere Regelenergie)

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Flexibilitätsoptionen auf dem Weg zu 100 % EE

Quelle: BEE/BET

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Flexibilität aus der Kopplung von Strom- und Wärmeversorgung

KWK-Betrieb bei positiver Residuallast (wenig Wind & Sonne)

Wärmespeicher als Ausgleich zwischen Strom- und Wärme-lastgang

Elektroheizung oder Wärmepumpe bei negativer Residuallast (viel Wind & Sonne)

Wichtiger Beitrag zur Problemlösung im Strom- und im Wärmebereich

Quelle: BEI

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Flexibilitätsbedarf vorwiegend im Tageslastgang: Ideal für KWK

Häufigkeit zusammenhängender Perioden mit negativer Residuallast

Quelle: BEE/BET

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Inhalt

►Kurze Vorstellung von Clean Energy Sourcing

►Paradigmenwechsel in der Stromversorgung

Flexibilität statt Grundlast

Biogas-/KWK-Anlagen als Flexibilitätsoption

►Bedarfsgerechte Stromerzeugung und Systemstabilität

Strompreisbildung an den Spot- und Terminmärkten

Flexibilitätsanforderungen

Regelenergie

►Fazit

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Sichere und stabile Stromversorgung: Was heißt das?

Bedarfsgerechte Stromerzeugung

Ausgleich zwischen Bedarf und Erzeugung ist Aufgabe der Stromvertriebe / der Bilanzkreisverantwortlichen

Bilanzkreise müssen so geplant werden, dass zu jeder Viertelstunde Einspeisung, Ausspeisung, Zukauf und Verkauf ausgeglichen ist

Instrumente: flexibler (Fahrplan-) Betrieb von Kraftwerken, Stromzu- und -verkauf am Termin- und Spotmarkt (Day-ahead und Intraday)

Systemdienstleistungen

Frequenzhaltung/Regelenergie: Primärregelung (< 30 s), Sekundärregelleistung (< 5 Min.), Minutenreserve (< 15 Min.)

Spannungshaltung: Blindstromeinspeisung

Schwarzstartfähigkeit, Durchfahren von Fehlern

Kraftwerke, die SDL bereitstellen, können nur mit eingeschränkter Flexibilität betrieben und bei „Stromüberschuss“ nicht abgeregelt werden („Must-run-Kraftwerke“)

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PV-Einspeisung verändert Strompreissystematik am Spotmarkt

heute(25.3.2013)

früher(6.4.2005)

niedrige in der Nacht (Offpeak)

morgens und abendsausgeprägte

Spitzen

nachts und mittags (sehr) niedrige Preise

hohe Preise am Tag (Peak)

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Teilweise treten sogar negative Preise auf

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Dennoch werden viele konventionelle Kraftwerke nicht abgeregelt

Auch bei hohem Aufkommen an Wind- und Solarstrom werden steuerbare (fossile und nukleare) Must-run- Kraftwerke nicht abgeschaltet

Die Folge sind negative Strompreise, die das EEG-Konto belasten,obwohl die EE-Erzeugung den Bedarf nicht übersteigt!

Beispiel 16.6.13:negative Strompreise

(Day-ahead): - 10 ct/kWh

Darstellung: Fraunhofer ISE

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Kohle- und Atomkraftwerke sichern sich auf dem Terminmarkt ab

Beispiel: Eon hat die komplette Stromproduktion 2013 und 2014 sowie 80 % der Produktion 2015 zu guten Preisen am Terminmarkt verkauft

Damit sind die Margen der Kraftwerke unabhängig von den Spotmarktpreisen abgesichert

Am Spotmarkt erfolgt eine weitere Optimierung durch die kurzfristige Entscheidung „makeor buy“: Erfüllung der Terminkontrakte durch eigene Produktion oder billigeren Zukauf

Quelle: Eon First Quarter 2013 Results, 8.35.2013

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Langfristiges Problem: SinkendeTerminmarktpreise

Quelle: www.eex.com

Phelix Baseload Year Future (Cal 14), Stand: 18.6.2013

Phelix Peakload Year Future (Cal 14), Stand: 18.6.2013

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Erhöhte Flexibilitätsanforderungen

Höhere Anzahl von Anfahrvorgängen und schnelle Lastwechsel

Konventionelle (Kohle-) Kraftwerke sind dafür nur bedingt geeignet (Anfahrkosten und -zeiten, Mindeststillstandszeiten)

Quelle: Fraunhofer IWES

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Spotmarktpreise an der Börse spiegeln die Entwicklung wider

Darstellung: Fraunhofer IWES

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Regelenergie gewährleistet Stromnetzstabilität

Sollfrequenz 50 Hz

Erzeugung Verbrauch

Erzeugung (z.T. schwankend aus Wind & Sonne)

Fluktuierender Verbrauch

Netzfrequenz im europäischen Verbundnetz muss stets 50 Hz betragenDazu müssen sich Stromeinspeisung und -entnahme im Gleichgewicht befindenBilanzkreisverantwortliche (BKV) müssen für einen ausgeglichenen Bilanzkreis sorgenKurzfristige Schwankungen der Netzfrequenz durch Prognoseabweichungen werden durch die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) mit Hilfe von Regelenergie ausgeglichen.

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Regelenergie wird in drei Produktkategorien beschafft

Produktsegment Ausschreibung Mind.-Angebot Aktivierung Zeitscheiben Vergütung

Primärregelleistung Wöchentlich 1 MW<30 Sekunden vollautomatisch

1/Woche Leistungspreis

Sekundärregelleistung Wöchentlich 5 MW< 5 Minuten

vollautomatischPeak & Off-Peak

Leistungspreis & Arbeitspreis

Minutenreserve-leistung

(Werk-)Täglich 5 MW<15 Minuten

teilautomatisiert6x4h/Tag

Leistungspreis & Arbeitspreis

Reihenfolge der Aktivierung

Primär-regelung

Sekundär-regelung

Minuten-reserve

5 s 30 s 15 min 1 h5 min

…

Regelenergiearten

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Positiver Minutenreserveleistung ist kaum etwas wert

Der Leistungspreis für positive MRL beträgt häufig 0 EUR/MW ↦ ÜberkapazitätenDer „Kapazitätsmarkt“ Regelenergie ist für positive MRL oft ein „Energy Only“-Markt.

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2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05

2010 2011 2012 2013

Mittlere und Grenz-Leistungspreise für positive MinutenreserveEUR/MW

Quelle: eigene Auswertung, Daten von regelleistung.net

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Bereitstellung negativer Minutenreserve ist attraktiv

Deutlich höheres Preisniveau für die Bereitstellung von neg. MRL als für pos. MRL: negative Flexibilität ist knapper als positive

Mittlere und Grenz-Leistungspreise für negative MinutenreserveEUR/MW

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2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05

2010 2011 2012 2013

Sommer Sommer Sommer

Winter Winter Winter

∑ mi lere Leistungspreise neg. MRL +         ∑ Grenz‐Leistungspreise neg. MRL

Quelle: eigene Auswertung, Daten von regelleistung.net

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Flexibilität und Systemstabilität: Die neue Rolle der Bioenergie

Systemdienstleistungen: Bioenergieanlagen haben die selben technischen Möglichkeiten wie konventionelle Kraftwerke

Minutenreserve- und Sekundärregelleistung werden bereits kommerziell angeboten

Bioenergie kann heute schon große Teile des Regelenergiebedarfs abdecken

MRL/SRL: ca. je 4.600 MW positiv/negativ, PRL: ca. 600 MW (bidirektional)

Installierte Leistung: 3.200 MW Biogas + 1.300 MW Biomasse + 500 MW Pflanzenöl

Bedarfsgerechter Betrieb: Ausgleich der Fluktuation von Sonne und Wind

Alleine Biogas kann 20 GW Flexibilität zur Verfügung stellen1

KWK ist kein Hindernis für Flexibilität, sondern mehrfacher Problemlöser: Flexible Stromerzeugung und erneuerbare Wärme, Entkopplung durch Wärmespeicherung und Nutzung von (erneuerbaren) Stromüberschüssen zur (erneuerbaren) Wärmeerzeugung

1 Quelle: Fraunhofer IWES, Annahme: 1,2 - 2,2 Mio. ha für Energiepflanzen mit (nur) 50 % Maisanteil, entspricht 30,5 - 51 TWh Strom aus Biogas bzw. 12 - 20 GW installierter Leistung bei 2.500 Vbh/a

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Fazit

Der EE-Ausbau verändert das Stromversorgungssystem grundlegend

Fluktuierende Einspeisung aus Wind & Sonne plus hochflexible Residuallastdeckung statt Grund-, Mittel- und Spitzenlast

Bioenergie-KWK-Anlagen sind wichtige Flexibilitätsoptionen

Stromgeführte Fahrweise von Bioenergieanlagen

Entkopplung von Strom- und Wärmelastgang durch Wärmespeicher

Flexibilitätsbedarf vorwiegend im Tageslastgang ist ideal für Biogasanlagen, Biomethan-BHKW können auch längere Zeiträume überbrücken

Nutzung bedarfs- oder netzengpassbedingter Stromüberschüsse durch Elektroheizungen oder Wärmepumpen

Bedarfsgerechte bzw. Strommarktgeführte Fahrweise und Regelenergiebereitstellung

Wichtig für Chancengleichheit mit Konventionellen: Terminmarkt

Regelenergiemarkt: MRL & SRL sind bereits Praxis, Marktzugang PRL steht aus

KontaktdatenDaniel HölderLeiter EnergiepolitikKatharinenstraße 604109 Leipzig

Tel: +49 341 30 86 06 15Fax: +49 341 30 86 06 06Email: daniel.hoelder@clens.eu