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NEW 4.0 – Zwischenergebnisse und Anwendungsfällezur EE-Speicherung/-umwandlungProf. Dr. Werner Beba24.01.2019 | 17. Sitzung des Energienetzbeirat, TOP 3.1.Behörde für Umwelt und Energie| - Vertraulich -

3

Unsere Ambition

„Die Zukunft der Energiewende entscheidet sich mit der Fähigkeit, wirksamen Klimaschutz und eine sichere, stabile Energieversorgung in einem funktionierenden Markt zu vereinen. Die Vermittlungsfähigkeit gegenüber der Gesellschaft ist dabei eine Grundvoraussetzung. NEW 4.0 will diese Fähigkeiten umfassend demonstrieren.“

- Vertraulich -

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Nachhaltige regenerative Energieversorgung in Schleswig-Holstein-Hamburg Sichere, kostengünstige, umweltverträgliche Energieversorgung bis 2035

Transformation des Energiesystems durch Innovationen

Übergeordnetes Ziel:

Bedingungen:

Impulse für Innovationen, neue Technologien, neue Märkte, Wettbewerbsfähigkeit, gesell. Akzeptanz, Machbarkeit der Energiewende

Versorgungssicherheit, Systemstabilität

Dekarbonisierung, Klimaschutz

Bürger-akzeptanz

- Vertraulich -

Wirtschaftlichkeit, Markt & Wettbewerb

Wirkungen:

5

+Steigerung des Stromexports Kopplung der SektorenDoppelstrategie

Transformationspfad für sichere, kostengünstige, umweltverträgliche Energieversorgung der Region bis 2035: o bis zu 100 % EE-Stromversorgungo ≈50 % Wärme und Mobilitäto 70 – 80 % CO2 Senkung

Übergeordnetes Ziel

Optimale Synchronisation von Erzeugung und Verbrauch zu jedem ZeitpunktGanzheitliche Systemintegration und sichere, effiziente Systemführung

StrategischeZielerreichung

Zielsystem und Strategie

- Vertraulich -

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Doppelstrategie NEW 4.0

NEW 4.0 wird die Kernherausforderungen der Energiewende mit einer Doppelstrategie lösen:

…in andere Regionen durch effiziente Nutzung und Ausbau der Energieinfrastruktur in der Region

…durch Flexibilität bei Erzeugern + Verbrauchern, Kopplung mit Sektoren Wärme + Verkehr

+Steigerung des Stromexports Erhöhung der energetischen Selbstverwertung

Speicher: Batterie, Hochtemperatur, Virtuelle Kraftwerke, Markt-Plattformen

Power-to-Heat, Power-to-Gas, BHKW, Power-to-X, to-Steel, to-Steam, KWK

Intelligente Informations- und Kommunikationstechnologie

+- Vertraulich -

7- Vertraulich -Maßstab 1: 1.000.000

Ostholstein

Schleswig-Flensburg

Nordfriesland

Dithmarschen

Energie des Nordens GmbH & Co.KGElektrolyseur (+1,3 MW)

Trimet Aluminium SEDynamisierung Aluminiumelektrolyse

(+13,2/-6,6MW)

ArcelorMittal Hamburg GmbHPower-to-Steel (+10/-10 MW)

Knüppelerwärmung (erst nach Projektende)

Vattenfall Wärme Hamburg GmbHPtH Fernwärmenetz (+45MW)

PtH in Nahwärmenetzen (+0,5 MW)

Sasol Germany GmbHFlexibilisierung KWK-Gasturbinen (+4 MW)

Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG Fraunhofer ISIT

Batteriespeicher (+2,0/-2,0 MW)

Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG Elektrolyseur (+2,4 MW)

Coulomb GmbHSecond Life Batterien (+5/ -5 MW)

ARGE Netz GmbH & Co.KGErneuerbare Energien Kraftwerk

VK für SDL durch WEA (2.000 MW)

HanseWerk Natur GmbHPtH aus BHKW in Nahwärmenetzen (+2,0 MW)

Nordex SE/HAW Hamburg/CC4E und Vattenfall Europe Innovation GmbH

Speicherregelkraftwerk (+0,7/ -0,7 MW)

Aurubis AGPower-to-Steam (+10 MW)

Flexibilisierung Elektrolyse/E-Öfen (7,0 MW)

Siemens Gamesa Renewable Energy GmbH & Co. KG/Hamburg Energie GmbH

Hochtemperaturspeicher (+5,4 /- 1,8 MW)

Hamburg Energie GmbHPtH mit Nachtspeicherheizungen

Stadtwerke NorderstedtSmart Home

Stadtwerke Flensburg GmbHPtH mit Fernwärmenetz (+0,8 MW)

Plön

Neumünster

Rendsburg-Eckernförde

Kiel

SteinburgSegeberg

Pinneberg Stormarn

Lauenburg

Lübeck

Flensburg

Hamburg

200 MW Flexibilisierung und Speicherung, 2.000 MW virtuelle KraftwerkeEnSpireMe GmbH

Batteriespeicher (48 MW)Blindleistung (38 MVar)

Worlée Chemie GmbHPtH zur Thermalölerhitzung (2,0 MW)

Ausgewählte Projekte u. Demonstratoren

Mit NEW 4.0 funktionsfähige Lösungen & Demonstratoren,Systemkompetenz als Plattform und Leistungsverstärkung

- Vertraulich -

Partner Demonstrator Leistung IBN

Arcelor-Mittal

Time-Shift +/-10 MW Juli 2017

W2G Energy Batterie-speicher

+/- 2,0 MW

November2017

Stadtwerke Flensburg

PtH (Elektro-heizkessel)

+0,8 MW Dezember2017

EnSpireME Batterie-speicher

+/- 48,0MW / 40MVAR

Juni 2018

W2G Energy Elektrolyseur +2,4 MW August 2018

Hansewerk Natur

PtH +2,0 MW(davon 0,2 MW neu und 1,8 MW Bestand)

August 2018

HAW/ VEI/ Nordex

Batterie-speicher

+/- 0,7 MW

Oktober 2018

GESAMT - 50,7 MW+55,9 MW

Bereits in Betrieb (Stand 11/18):

8

-80 MW

-40 MW

0 MW

40 MW

80 MW

120 MW

160 MW

Q4 2017 Q1 2018 Q2 2018 Q3 2018 Q4 2018 Q1 2019 Q2 2019 Q3 2019 Q4 2019 Q1 2020 Q2 2020 Q3 2020 Q4 2020

Flexibilitätspotenzial NEW 4.0 (Stand November 2018)

neg. Regelenergie pos. Regelenergie

+2.000 MW virtuelles Kraftwerk

10

Was haben wir erreicht? – Ausgewählte Ergebnisse

- Vertraulich -

Wind-to-Gas Energy

Energiespeicher zur SDL-Erbringung

Vattenfall, Nordex, HAW

Speicherregelkraftwerk Curslack

ARGE Netz

Erneuerbare Energien Kraftwerk

TenneT

Aktives Blindleistungsmanagement

EnSpireMe

Batteriespeicher zur Bereitstellung von BL

• 5 MW• Präqualifikation für die

Erbringung von Regelleistung

• Aufschaltung auf EE-Kraftwerk

• Elektrolyseur 2,4 MW

UC 5

• 1 MW im Arealnetz• IBN im Herbst 2018 • Dynamische

Regelenergie-Erbringung

• Virtuelle Momentanreserve

UC 5

• 1.600 MW Virtuelle Kraftwerke

• Erbringungskonzept MRL

• Präqualifikation Windpark für negative MRL über das EEKW

UC 4

• Auswahl Jardelund als Testgebiet

• Definition von Testszenarien

• > 1.500 WEA

UC 6

• 48 MW• Präqualifikation für die

Erbringung von Regelleistung

• Bereitstellung von Blindleistung

UC 6

Erzeugungs-Management

Quelle: Wind-to-Gas Energy GmbH & Co. KG

Quelle: ARGE Netz GmbH & Co. KGQuelle: HAW HamburgQuelle: Eneco

Quelle: TenneT TSO GmbH

11- confidential -

Demonstratoren von NEW 4.0 Wind-to-Gas Südermarsch: Batteriespeicher und Wasserstoff-Erzeugung

Bereitstellung der Primärregelleistung durch konventionelle Kraftwerke

Bereitstellung der Primärregelleistung durch Batteriespeicher„Freie Netzkapazitäten für EE“

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Demonstratoren von NEW 4.0

Frage Wie können „gute“ Eigenschaften konventioneller Kraftwerke durch EE

ersetzt/verbessert werden?» kontinuierliche Erzeugung

» Stützung der Netzfrequenz durch die rotierenden Massen (Systemstabilität)

Idee Erweiterung des Windparks um eine Batteriekomponente

Konzept/Ziele Ersatz der Schwungmassen durch ein virtuelles Trägheitsmoment Ausgleich von Erzeugungsschwankungen durch Ein-/Ausspeichern von Energie Entwicklung neuer Regelverfahren für hochdynamische Systemdienstleistungen

Partner Vattenfall: Aufbau und Betrieb

Nordex: Implementierung der Regelungstechnik

HAW: Betrieb/Auswertung der Messtechnik, Modellbildung und wiss. Begleitung

HAW / Vattenfall / Nordex: Speicherregelkraftwerk Curslack

Quelle: Vattenfall Wärme GmbH

- Vertraulich -

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Erneuerbare Energien sind in der Lage, Systemverantwortung zu übernehmen Öffnung des Regelenergiemarktes z.T. bereits im Gange

Bestehende Hindernisse am Energiemarkt verhindern wichtige Schritte der Energiewende Flexibilisierung der staatlich induzierten Preisbestandteile erforderlich

Systemdienlicher Einsatz von flexiblen Anlagen (insb. Sektorkopplung) muss angereizt werden

Quelle: ARGE Netz

Demonstratoren von NEW 4.0

- Vertraulich -

ARGE Netz: Erneuerbare-Energien-Kraftwerk (EEKW) – Systemdienstleistungen aus EE

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Was haben wir erreicht? – Ausgewählte Ergebnisse

- Vertraulich -

Stadtwerke Flensburg

Begegnung von EinsManmit Elektroheizern

Vattenfall Wärme

Power-to-Heat Karoline

Eisenbahnbauverein

Eisspeicher

ArcelorMittal

Time Shift am Elektrobogenlichtofen

Trimet

Lastverschiebung bei der Aluminiumelektrolyse

• 2 MW• Nahwärmenetz• Stromeinsatz 605 MWh• Einbindung Flexibilitäts-

plattform

UC 2

• 45 MW• Fernwärmenetz

Hamburg• Erbringung Regelnergie

UC 2/4

• Wärmeversorgung 450 Wohnungen

UC 2

• 20 MW• Anpassung der

Schmelzleistung am Elektrolichtbogenofen

UC 2/4

• Dynamisierung der Aluminiumelektrolyse von 240 MW Elektrolyse um – 13,2 MW und + 6,6 MW

UC 2/4

Last-Management

Quelle: Stadtwerke Flensburg GmbH Quelle: HAW Hamburg

Quelle: Eisenbahnbauverein Harburg e.G.

Quelle: ArcelorMittal Hamburg GmbH

Quelle: TRIMET Aluminium SE

15- Vertraulich -

Trimet: Power-to-Aluminium, Flexibilisierung einer Aluminium- Schmelzofen-Elektrolyse

Demonstratoren von NEW 4.0

Quelle: Trimet Aluminium

Frage:

Wie kann bei Einspeisemanagement für Blockheizkraftwerke (BHKW) die Fernwärmeversorgung sicher gestellt werden, ohne dass ein fossiler Heizölkessel gestartet wird?

Idee:

Installation eines Elektroheizers, der bei Einspeisemanagement die Fernwärmeersatzversorgung übernimmt

Konzept:

Installation des Elektroheizers in unmittelbarer Nähe zum abgeregelten BHKW

Technisches Prinzip: Durchlauferhitzer mit Widerstandsprinzip

Elektrische/thermische Leistung des Elektroheizers je 800 kW

Wirkungsgrad von ca. 98 %

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Demonstratoren von NEW 4.0

Stadtwerke Flensburg GmbH: Begegnung von Einspeisemanagement mit Elektroheizern

Quelle: Stadtwerke Flensburg GmbH

- Vertraulich -

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Integration von Power2Steel in bestehendes System möglich

Aktuell keine wirtschaftliche Umsetzung möglich

Verbesserung durch Teilnahme am Regelenergiemarkt u. Fördermittel für Demoanlage

Abbau regulatorischer Hemmnisse erforderlich

Quelle: ArcelorMittal

Demonstratoren von NEW 4.0

- Vertraulich -

ArcelorMittal: Lastmanagment Power2Steel – induktive Knüppelvorwärmung

Thesen/ Ziele:

Ein Tarifmodell, das dynamisch steuerbar ist, kann in Verbindung mit einer einfachen Laststeuerfunktion, Speicherfunktionen und Verlagerungspotential in Haushalten erschließen.

Das Potential im häuslichen Anwendungsumfeld scheint spezifisch zunächst gering, könnte aber aufgrund der Masse der Haushalte ein verlässliches und hoch verfügbares Speicherkontingent darstellen.

Letztendlich könnte dieser Ansatz eine weitere Demokratisierung der energiebewussten Gesellschaft bewirken.

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Demonstratoren von NEW 4.0

Stadtwerke Norderstedt: Implementierung eines dynamischen Tarifmodells für Haushaltskunden

Quelle: Stadtwerke Norderstedt

Vermeidung von Einspeisemanagement/Abregelung durch Integration von Flexibilitäten

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ENKO optimiert das Netzengpass-/Einspeisemanagement

Heute: Netzenpässen wird mit Abregelung begegnet Morgen: ENKO schaltet lokale flexible Aggregate auf Last-und Erzeugungsseite zu, um EinsMan zu vermeiden

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ce: S

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AG

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Other assets

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DSO

TSO

20

Die ENKO-Plattform: „Digitale Plattform für effizienteres Netzengpassmanagement “

Quelle: Schleswig-Holstein Netz & ARGE Netz

Mit SH Netz und ARGE Netz entwickeln derzeit zwei der wichtigsten Akteure der Energiewende in Schleswig-Holstein eine Plattform, welche eine Synchronisation zwischen lokal erzeugten Erneuerbaren Energien mit den Verbrauchern vor Ort ermöglicht

Morgen: ENKO – „Mehr Grünstrom im Netz und weniger CO2“

Heute: Einspeisemanagement

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Flexibilitätsanbieter bieten ihre Flexibilitätsleistung demNetzbetreiber auf der ENKO Plattform an

ENKO

Koordination von Bedarf und AngebotVisualisierung des Transaktions-

Prozesses in gut organisiertenReports

Flexibilitätsanbieter

Angebot von FlexibilitätAngebotszeit im day-ahead,

zukünftig intradayAutonome Steuerung der Aggregate

Netzbetreiber

Prognose Einspeisemanagement day aheadAuswahl Flexibilität nach Fähigkeit,

Engpässe zu beseitigen (Sensitivität)Vergütung an Flexibilitätspartner

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NEW 4.0 – Der nächste Schritt: Erprobung der ganzheitlichen Systemintegration 2019/2020

- Vertraulich -

EnSpireMe48 MW

W2G Energy2,4 MW

Energie des Nordens1,3 MW

Hochbahn, VHHPotential:

ÖPNV in SH

Netzausbau IKT- Struktur

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gs-M

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Fotos: iStock.com/kldlife, iStock.com/kynny, www.mediaserver.hamburg.de / Andreas Vallbracht, iStock.com/jimiknightley

Coulomb+/- 5 MW

W2G Energy+/- 2,5 MW

Vattenfall, Nordex, HAW

+/- 0,7 MW

Sasol7 MW

Trimet+13,2/-6,6 MW

ArcelorMittal+/- 10 MW

Last

-Man

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Vattenfall45 MW

Stadtwerke Flensburg

0,8 MW

Hamburg Energie

tbd

Worlée1,5 MW

Aurubis10,0 MW

HanseWerkNatur

3,0 MW

ARGE Netz2.000 MW

Siemens+5,4/- 1,8 MW

Vattenfall1,5 MW

Stadtwerke Norderstedt

tbd

BatteriespeicherPower-to-Gas/H2Power-to-HeatPower-to-x (DSM)Virtuelle KraftwerkeSmart Home

HanseWerkNatur

+/- 1,2 MWQuelle: Schleswig-Holstein Netz AG / ARGE Netz GmbH & Co. KG

Netzengpassmanagement, Markt /Flexibilitätsplattform

Mobilität

24

Zeitplan Reallabore

- Vertraulich -

01/2010/1908/1906/1901/1909-10/18 06/20 11/20

Ausschreibung Reallabore

Treffen KonsortiumVorschlagReallabore

12/18

Entwicklung Skizze

Reallabor

Reallabor Förder-

bestimmungen

Konzept-Entwicklung NEW 4.0

Demozeitraum

Zwischen-Ergebnisse NEW 4.0

Regulatorik

Wettbewerbs-Verfahren Reallabore Entscheidung

BewilligungReallabor, Vollantrag

Start Reallabore

Ende NEW 4.0

Strategisches Leitbild

Abstimmung

Ergebnisse NEW 4.0

Pol. Abstimmung

HH/SH/NS

Aufbau Konsortium

Demonstrationszeiträume NEW 4.0/ Erprobung

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Bisheriger Rechtsrahmen verhindert den wirtschaftlichen Einsatz (Steuern, Abgaben, Umlagen)

Neue markt- und wettbewerbsfähige regulatorische Bedingungen erforderlich

NEW 4.0 will Marktmodell und regulatorische Bedingungen erproben

Gewinnung zukunftsweisender Erkenntnisse für künftigen Rechtsrahmen, für Energie- und Klimapolitik

Verordnungsermächtigung als Experimentierklausel für Erprobung

Restriktive Ausgestaltung behindert wirksame Erprobung neuer Technologien

Hemmnisse für Investitionen in systemdienliche Demonstratoren

Appell an zukünftige Bundesregierung zur Verbesserung der Erprobungsbedingungen

Innovationen in Flexibilisierung, Speicherung, Sektorenkopplung

Wirkungsvolle Technologien für das Energiesystem der Zukunft

Erfolgreiche Umsetzung der Energiewende erfordert neue Marktregeln Beseitigung von Hemmnissen für die Erprobung zwingend notwendig

Herausforderung: Marktdesign und regulatorische Bedingungen

- Vertraulich -

www.new4-0.de

Herausgeber: Projektbüro NEW 4.0Konzeption: qub media GmbH

© CC4E der HAW Hamburg, 2018

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Foliennummer 1Klimaschutz am Scheideweg des 2°C - ZielsUnsere AmbitionTransformation des Energiesystems durch InnovationenZielsystem und StrategieDoppelstrategie NEW 4.0Ausgewählte Projekte u. DemonstratorenMit NEW 4.0 funktionsfähige Lösungen & Demonstratoren,�Systemkompetenz als Plattform und Leistungsverstärkung�Ganzheitliche Systemintegration: Flexible und intelligente Vernetzung, DigitalisierungWas haben wir erreicht? – Ausgewählte ErgebnisseDemonstratoren von NEW 4.0 Demonstratoren von NEW 4.0Foliennummer 13Was haben wir erreicht? – Ausgewählte ErgebnisseDemonstratoren von NEW 4.0Demonstratoren von NEW 4.0Foliennummer 17Demonstratoren von NEW 4.0ENKO optimiert das Netzengpass-/EinspeisemanagementDie ENKO-Plattform: „Digitale Plattform für effizienteres Netzengpassmanagement “ Flexibilitätsanbieter bieten ihre Flexibilitätsleistung dem Netzbetreiber auf der ENKO Plattform anNEW 4.0 – Der nächste Schritt: Erprobung der ganzheitlichen Systemintegration 2019/2020Zeitplan ReallaboreHerausforderung: Marktdesign und regulatorische Bedingungen Foliennummer 26