Hospital

1. Das „Virtuelle Kraftwerk“ Strom, Wärme, Rohstoffe Energieeffizienz Netznutzungsmanagement I & K / Automatisierung / ISDN / Internet / e-commerce Ferndiagnose / Dienstleistungen Windpark Microturbine Wärmenetz Brennstoffzelle BHKW BHKW Industrie Neubaugebiete 400 / 110 kV Kommunikationsnetz Grundlast- kraftwerk Solarenergie Umrichter Batterie City 1 Umspannwerk Biomasse Lastprofile 110 kV Leit- zentrale Gebäude- / Effizienz- und Abrechnungsmanagement Power Quality City 2 GUD-Kraftwerk 20 kV City 3 Hospital Medizintechnik Stromnetz Power Quality 110 kV Die Energieversorgung 20XX

2. 35. Welche ökonomischen und ökologischen Chancen sehen Sie in der Verknüpfung dezentraler Stromenergieeinheiten zu virtuellen Kraftwerken?

3. INNOVATIONSPOTENTIAL IN DER ENERGIETECHNIK Energie- Speicherung Energie- Erzeugung Distribution Handel Applikationen Heizung / Warmwasser Akkugespeiste Geräte Stromzähler- management Kundennahe Produkte Automation im Haus Lastmanagement Kundenselbstservice Versorgungsdienste aus einer Hand per Internet Transport Supraleitung Services, Simulation, Netzplanung Gleichstromübertragung Dynamische Blindleistungs- kompensation (FACTS) Verteilung Dezentrales Energiemanagement Telekommunikation über das Stromnetz Dynamische Blindleistungskompensation (FACTS) Batterie-Technologien Wasserstoff Supraleitende Spulen Superkondensatoren Konventionelle Energieerzeuger Neu oder regenerative Energieerzeuger  Brennstoffzellen  Mikroturbinen  Wasser  Solar  Wind  Biomasse / Müll Durchleitungs- prognose Strombörsen Least Cost Routing Endkundenhandel Zahlungs- und Abrechnungssystem Quelle: Innotech

4. Leipziger Strombörse / SPOT-Markt 1.8.2001 : Strom kostet im Durschnitt 0,02 € / kWh

5. ~ 13,0 ~ 13,0 5,5 - 9,0 5,5 - 9,0 Ein- speise- ver- gütung Trend der Entwicklung zukünftiger Strompreise „Erzeugung“ und Einspeisevergütungen in Deutschland > 10,0 €-Cent / kWh Neue Tech- nolo- gien Über- schrei- tungs- last ~ 6,5 ~ 6,5 Über- schrei- tungs- last ~ 4,2 ~ 4,0 - 5,0 ~ 4,0 ~ 3,2 Ein- speise- ver- gütung Spitzen- last ~ 2,7 Spitzen- last ~ 2,3 Ein- speise- ver- gütung ~ 2,3 ~ 2,2 Über- schrei- tungs- last Grund- last Mittel- last ~ 2,2 Spitzen- last Mittel- last Mittel- last Grund- last Grund- last Leistungsklassen Leistungsklassen Leistungsklassen • Bis 2005-2010 • Abgeschriebene Kraftwerke • Keine Überkapazitäten mehr • Ab 2010-2015 • Neue Erzeugungsinvestitionen • Keine Überkapazitäten • Beginnender Wettbewerb • Abgeschriebene Kraftwerke • Überkapazitäten

6. 36. Wie ist der Stand der Entwicklung der neuen Technik "intelligente Netze" und wann ist mit deren Marktreife zu rechnen?

7. nicht beeinflußbare Lasten nur prognostizierbar AE RST/ Konz. nicht beeinflußbare Erzeugung AE AE AE    mit Fahrplan bzw. Estimation (RST) nur prognostizierbar Prinzipielle Darstellung eines Intelligenten Dezentralen Energieversorgungssystems Energiebezug / Lieferung / Verträge Dezentrales Energiemanagement System DEMS Prognose Wetter regenerative Erzeugung Last Einsatzplanung Erzeugung, Speicher, Lasten einschl. Querverbund, Bezugs-/Lieferverträge, Primärenergieverträge, Reserven Online Optimierung Erzeugung Speicherung Last EM LM EM EM EM EM EM LM LM LM ... Lastmanagement EM ... Erzeugungsmanagemt. LAN / WAN, ISDN, GSM OPC, XML Prozeßschnittstelle A B C verteilte Lasten (therm. u. elektr.) B verteilte Erzeugung (Brennstoffzelle, Microturbine) C A Kat. A regelbar AE AE RST/ Konz. steuerbar regelbar steuerbar regen. KW therm. KW Wind, Solar Gasturbine, Biomasse AE       BHKW mit Estimation therm. elektr.       therm. u. elektr. Motor, Brennstoffzelle AE ... Automatisierungseinheit Speicher Last Erzeugung

8. Informations- und Kommunikationsplan einer dezentralen Versorgungsstruktur am Projekt KonWerl 2010 Wind KW W W W W ZP ZQ Erzeugungs- / Lastprofile zur Abrechnung lokales Leit- system Wählverbindung Funk / Leitungs- modem G Biomasse KW OPC über LAN AE ZP ZP ZQ S ZP AE W KPZ P1min. PTLP, QTLP Profibus DP über Funk WB,WR  PTLP, QTLP  ZQ  PTLP, QTLP  P1min. P1min.  AE   ASCII S S ZP JVA PTLP, QTLP  Wetterprognose Stundenraster   Kommunikations- netz ZQ P1min. Deutscher Wetterdienst S AE Internet (FTP-Format) W  PTLP, QTLP ZP ATU S  P1min. W ZQ  AE Modem ISDN / web-technik PTLP, QTLP S DK Zählerfernauslesesystem CONVERGE / PC-Server DEMS PC ASCII-File Transfer DEMS PC  HAUS P1min. TCP IP / Profibus TCP IP Offline- Planung Simulation Varianten LAN AE KPZS KPZST (SIMATIC) therm./elektr. Lasten Profibus DP LWL Lastmanagement 1 2 n Kompetenzzentrum S ... Standleitung WB ... Windstärke (Betrag) DK ... Datenkonzentrator W ... Wählverbindung WR ... Windrichtung P1min. ... Leistung elektrisch, 1 min. Mittelwert AE ... Automatisierungseinheit ZP ... Zähler elektrisch PTLP ... Tageslastprofil elektrisch GS ... Globalstrahlung ZQ ... Zähler thermisch QTLP ... Tagesprofil thermisch Ein Förderprojekt der Landesregierung NRW

9. Entwicklungsphasen virtueller Kraftwerke am Projekt „KonWerl 2010“ 1 2 3 Energiepark KonWerl 2010 DEMS-Simulationsplattform Virtuelles Kraftwerk Projekte NRW Projekte Deutschl. Kompetenzzentrum G KonWerl“Energiepark“ DEMS . . . DEMS Energiepark DEMS G Wetter- prognose G Simulation BZ G G Projekte Europa Projekte Welt G G Verbraucher Gesamtleistung ca. 10 - 20 MW Ein Innovationsprojekt der Landesregierung NRW G Strom, Wärme, Rohstoffe

10. Struktur eines Querverbundsystems Lastprofil Pel Elektrisches Netz Zeit Elektr. Export- P Vertrag Lastprofil Gas KW Elektr. Import Zeit HKW Vertrag Erdgasnetz (im Falle BSZ) BHKW Öl Kohle Gas- Erdgas speicher Thermisches KW ... Kraftwerk HW ... Heizwerk HKW ... Heizkraftwerk BHKW ... Blockheizkraftwerk BSZ ... Brennstoffzelle HW Netz P Lastprofil th Wärme- speicher Zeit

11. 37. Wie würde sich die Struktur der Energiewirtschaft bei Einführung dieser Technologie verändern? (inkl. Technologie, Netzmanagement und Akteure)

12. Von der dezentralen Energieversorgung bis zum europäischen Netzverbund Europäischer Netzverbund Energieautobahn Nationaler Netzverbund Regionaler Netzverbund Dezentraler Netzverbund Meßtechnik für Stromdichte, Qualität, Wirkungsgrad, Durchleitungspreise Intelligentes Verbrauchs- und Abrechnungsmanagement

13. G Erzeugung Erzeugung G G G G G G G Ü b e r t r a g u n g Ü b e r t r a g u n g V e r t e i l u n g Gas V e r t e i l u n g Wärme / Wasser G G G G G BHKW G Veränderung der Stromversorgungsstrukturen heute: „zentral“ morgen: „zentral + dezentral + integral“ Automati- sierung, Kommuni- kation, Intelligente Systeme Trend: Integrierte geregelte Energieoptimierung von unten anstelle getrennter gesteuerter Verteilung einzelner Energieformen von oben.

14. Strom- und Informationsfluss „HEUTE“ 400 kV HVDC EuropäischerEnergieverbund NationalerEnergieverbund 400 / 220 kV 220 / 110 kV RegionaleEnergie-versorgung DezentraleEnergie-versorgung 110 / 20 / 0,4 kV Stadtteile Industrie Ländliche Infrastruktur

15. Strom- und Informationsfluss „MORGEN“ EuropäischerEnergieverbund 400 kV HVDC NationalerEnergieverbund 400 / 110 kV ? RegionalerEnergieverbund 110 / 20 / 0,4 kV Stadtteile Industrie Ländliche Infrastruktur

16. G Rohstoffe Wärme Reststoffe Strom Dezentrale Systemintegration ganzheitlicher Versorgungsstrukturen auf der Verteilungsebene Abrechnungssystem Kundenbetreuungsmanagement Netzmanagement 1) Handel / Vertrieb Energiemanagement2) Zählerfern- auslesung G KWK, Wind,PV, BZ, Gas Lastprofile - Erfassung/Archivierung/Auswertung Dezentrale VersorgungsgesellschaftenStädteverbünde, Energiegenossenschaften, Industrieversorger 1) Energiebilanzmanagement, Netzleitstelle, EPSILON, Energy Sales & Care 2) therm. und elektr. Lastprognosen, Prognose dezentaler, regenerativer Erzeugung, lokale Einsatzplanung / Optimierung (Verträge, Eigenerzeugung mit Kraft-Wärme-Kopplung, beeinflußbare Lasten)

17. -Lastprognose -Erzeugerprognose -Regelreserve -Kosten Wetterprognose Erzeugungsprognose Lastprognose Einsatzplanung Basissystem OOC LR LM Prozessinterface Stadt C Multi Agent Leitzentrale EVU Bezugsvertrag Handel Bezugsfahrpläne Lastgang DEMS Koordination Region X Gesamt- Lastprognose Erzeuger-u.Lastganglinien Summe Wetterprognose Gesamt- Erzeugungsprognose Multi Agent Ökonomische und ökolo- gische Vorgaben Summe Gesamt- einsatzplanung Bezugsfahrplan DEMS Einheiten Stadt B Stadt A Erzeuger-u. Lastganglinien Teilnetze Ökonomische und ökolo- gische Vorgaben

18. DEMS DEMS DEMS DEMS DEMS KWLS KWLS KWLS SLS SLS SLS LM LM LM Vernetzungsmodell der dezentralen Energie Management Systeme DEMS über moderne I&K-Technologien DEMS • Erzeugung (Strom, Wärme) • Lastmanagement • Rohstoffe • Prognose • On-line-Optimierung • Kontrolle, Überwachung, Diagnose • Netzinformation • Administration Region X Stadt A DEMS Bezirk Y KWLS SLS LM Leitzentrale DEMS DEMS Stadt B KWLS SLS LM KWLS SLS LM DEMS Dezentrales Energiemanagement System KWLS Kraftwerksleitsystem SLS Stationsleitsystem LM Lastmanagement DEMS Stadt D DEMS Stadt C KWLS SLS LM KWLS SLS LM

19. 38. Wie kann und sollte Politik die Einführung dieser Technologie unterstützen?

20. Wie kann und sollte Politik die Einführung dieser Technologie unterstützen? Um die Investitionsbereitschaft zu erhöhen, könnte die Politik die Systemintegration zukunftsorientierter, dezentraler Versorgungsstrukturen beschleunigen, durch Unterstützung von Demoprojekten (Energiemodellregionen) in Form von Anschubfinanzierungen. Darüber hinaus sollte bei weiterem Ausbau dezentraler Erzeugungsstrukturen (Regenerative und fossile KWK-Anlagen) die sinnvolle und intelligente Einbindung in den bestehenden Netzverbund durch effiziente Energiemanagementsysteme eines der vornehmlichen Ziele des EEG’s und dafür zusätzliche Aufwendungen eigens in der Vergütung berücksichtigt werden.

21. G G G G G G G G G Beispiel: Die „Energiemodellregion in Deutschland“ Organisation und effiziente Vernetzung von ganzheitlichen dezentralen Versorgungsstrukturen in den bestehenden Netzverbund Windkraft On-Shore / Off-Shore Brennstoffzellen, KWK, Biomasse Microturbinen Vernetzung mit der modernen Informations- und Kommunikationstechnik Wasserstoff / Methanolbereitstellung für stationären und mobilen Bereich Netzwerk Industrie und Wissenschaft Entwicklung von Hightech-Unternehmen KMU Wirtschaftsförderung Industrieansiedlung G

22. G G G G G G G G G Beispiel einer Vernetzung ganzheitliche Energieversorgungsstrukturen im Energiemix Kompetenzzentren für Energie-, Informationstechnik und Agrarwirtschaft Windenergie KWK Brennstoffzelle EU- Modellprojekt Deutschland-XY G Microturbine Biomasse Wasserkraft Wasserstoff / Methanolgewinnung für den stationären und mobilen Bereich

23. Dezentrales Energiemanagementsystem DEMS Beispiel für ein „Virtuelles Kraftwerk“ Exportvertrag Realer Reservevertrag Virtueller Reservevertrag Spitzenlastvertrag Grundlastvertrag Randintegral Primärenergie Strom Solaranlage Wärme Industrie/ Gewerbe Speicher Haushalte Windpark beeinflußbara Last Nicht beeinflußbare Last Gasturbinen Anlage Blockheizkraftwerk Brennstoffzelle Biomasse Thermische Last Vertrag Erdgas Vertrag Gas/ÖL Heizwerk Vertrag Biomasse

24. Sonstige Kraftwerke Beispiel 1: Virtuelles grosses Kraftwerk im Energiemix Beispiel Städteverbünde GenCo EMS DisCo EMS TransCo Energiebörse Lieferangebot Leistungsband 1/4 Std. Tagesprofil Liefervereinbarung Leistungsfahrplan 1/4 Std. Tagesprofil Virtuelles grosses Kraftwerk Energiemix Monitoring Diagnose Service Prognose Wetter Erzeug.(therm./el.) Einsatzplanung Online Optimierung Bedienen und Beobachten Dezentrales Energiemanagement System Kommunikations- Netz Brennstoffzelle, Microturbine, Motorsysteme größere Kleinkraftwerke verteilte Klein-Erzeugungen: nicht beeinflußbar regelbar steuerbar steuerbar AE AE Rundsteuerung Konzentrator therm. KW regen. KW Fossil, Biomasse Wind, Solar AE BHKW             Gas-, Diesel-Motorsysteme Prognose Estimation Fahrplan AE ... Automatisierungseinheit

25. GenCo Sonstige Kraftwerke Automatisierungssystem Automatisierungssystem Automatisierungssystem Beispiel 2: Virtuelle grosse Windkraftanlage Beispiel Dänemark EMS TransCo EMS GenCo Energiebörse Liefervereinbarung Leistungsfahrplan 1/ 4 Std. Tagesprofil Lieferangebot Leistungsband 1/ 4 Std. Tagesprofil Virtuelle grosse Windkraftanlage Monitoring Diagnose Service Prognose Wetter Erzeugung Einsatzplanung Online Optimierung Bedienen und Beobachten Dezentrales Energiemanagement System Kommunikations- Netz nicht beeinflussbar nur prognostizierbar regelbar regelbar zu-/ abschaltbar Region 1 Region 2 Region 3 Einzelanlagen

26. AE AE AE AE AE PC PC PC PC AE AE G PC OPC XML XML XML XML PC PC OPC OPC Konzen- trator X M L W W W W Zählerfernauslesesystem PC Modem / TCP IP W W DEMS PC XML XML / OPC / FTP DEMS PC X M L TCP IP / Profibus Beispiel: Vernetzung virtueller Kraftwerke im Energiemix G SOFC-Brennstoffzelle Gas-/Öl- Motor-BHKW PV-Anlage mit Batteriespeicher Heizkraftwerk Wärmespeicher Biomasse KW S W W Pist, max, min W S Pist, max, min Qist, max, min Wertereihen P, Q Wertereihen P Qist, max, min Wertereihen P, Q ... Psoll Psoll Qsoll Qsoll Abrechnung große virtuelle Windanlage Wertereihen verteilte kleine BSZ Wertereihen W Kommuni- kationsnetz Wetterprognose Stundenraster, 3 Tage Deutscher Wetterdienst Wertereihen (FTP-Format) W Kom.- Netz Pist, max, min Einzelwerte konzentrierte Last W Psoll Energiebezugs-/ einsatzoptimierung Wertereihen S Wertereihen W Wertereihen Wertereihen LAN ISDN GSM Tageslastprofile (TLP) therm. u. elektr. Gate- way X M L Rund- steuer- kommando- gerät Netzleitsystem Energiebörse SIMATIC AE TLP ASCII Format Mod. Mod. Z S ... Standleitung T ... Temperatur W ... Wählverbindung WB ... Windstärke AE ... Automatisierungseinheit WR ... Windrichtung P ... Leistung elektrisch GS ... Globalstrahlung Q ... Leistung thermisch Mod. Wetter- station Mod. Mod. Mod. verteilte Lasten Z Z Z Z Z thermisch 1 min. Mittelwerte T, WB, GS, WR elektrisch Z Kommunikationsstrukturen

27. Die Zukunft gestalten ! • Entwicklung einer Energiemodellregion in Deutschland mit folgender Zielvorgabe zur Gestaltung der politischen Rahmenbedingungen: • Intelligente Integration dezentraler mit zentralen Erzeugungssystemen, ganzheitliche Betrachtung (Rohstoffe, Strom, Wärme) • Kosten-/ Nutzenanalysen (Ermittlung sinnvoller Anteile dezentraler Erzeugungssysteme an der gesamten Energieversorgung) • Effizienzsteigerung (Primärenergie, Betriebskosten) • CO2-Reduzierung, Schonung fossiler Primärenergieträger • Wissenschaftliche Projektbegleitung, Modellrechnung für Deutschland • Sinnvolle Ableitung neuer Technologien und Innovationen bis 2020

28. 39. Können durch diese Technologien auch durch dezentrale Stromerzeugung die Grundlast- und Spitzenlast sichergestellt und damit Versorgungssicherheit gewährleistet werden?

29. Dezentrale Erzeugungssysteme und deren Einsatzfelder Grund-last Spitzen-last Mittel-last Durchschnittl. Ressourcen Erzeugungssysteme . Strom Wärme Spez. Invest >5500 h 2500-5500h 1000-2500h DM / KW >1 500 Gas / Öl Micro -Turbine 2 000-3 000 Gas / Öl BHKW Brennstoffzelle PEM Gas (Wasserstoff) ? Gas SOFC 3 000-4 000 Holz Biomassekraftwerk ( Rest/ Abfallstoffe) 12 000-16 000 Wasser Wasserkraft 1 500-2 000 Wind Windkraftanlagen gute Standorte 12 000-16 000 Sonne Photovoltaik Einsatzfelder begrenzte Einsatzfelder Bedarfsunabhängige Erzeugung

30. Wirkungsgrade und Leistungen fossil befeuerter Kraftwerke Netto-Wirkungsgrad in % 70 SOFC 60 GUD 50 PEM Dieselmotor 40 Dampf- Kraftwerk 30 Gasturbine 20 Gasmotor 10 0 10 100 0,1 1 5 50 0,5 500 1000 . Anlagenleistung in MW

31. 20000 Energiemanagement Erzeugung, Speicherung, Verbrauch, Reserve 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 20.5.99 1:00 20.5.99 8:00 21.5.99 5:00 22.5.99 2:00 22.5.99 9:00 23.5.99 6:00 24.5.99 3:00 20.5.99 15:00 20.5.99 22:00 21.5.99 12:00 21.5.99 19:00 22.5.99 16:00 22.5.99 23:00 23.5.99 13:00 23.5.99 20:00 24.5.99 10:00 24.5.99 17:00 Ziel: Effizienzsteigerung durch gezielte Integration dezentraler mit zentralen Erzeugungssystemen Leistung [kW] Überschrei- tungslast Spitzenlast Eigenerzeugung Mittel- last Mittellastbezug vom Netz oder Eigenerzeugung Grundlastbezug vom Netz Grund- last 31.5.99 3:00 25.5.99 0:00 25.5.99 7:00 26.5.99 4:00 27.5.99 1:00 27.5.99 8:00 28.5.99 5:00 29.5.99 2:00 29.5.99 9:00 30.5.99 6:00 25.5.99 14:00 25.5.99 21:00 26.5.99 11:00 26.5.99 18:00 27.5.99 15:00 27.5.99 22:00 28.5.99 12:00 28.5.99 19:00 29.5.99 16:00 29.5.99 23:00 30.5.99 13:00 30.5.99 20:00 Zeitstempel