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Notwendige Nachrüstung von dezentralen Erzeugungsanlagen - Entwicklung einer Nachrüststrategie für dezentrale Erzeugungsanlagen zum Erhalt der Systemsicherheit bei Über- und Unterfrequenz

Ecofys und Partner entwickelten für das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie eine Nachrüststrategie für Stromerzeugungsanlagen zum Erhalt der Systemsicherheit bei Über- und Unterfrequenz. Konkret wurde untersucht, welche Anlagentypen (Wind-, Biomasse-, KWK- und Wasserkraftanlagen) nach welchen Verordnungen an das Stromnetz angeschlossen sind, und wie groß das Gefährdungspotential ist. Darauf aufbauend wurde abgeschätzt, wie hoch der Aufwand zur Anpassung der Anlagen an aktuelle Erfordernisse ist, um die Stabilität des Stromnetzes auch bei Störfällen zu gewährleisten. Als Ergebnis erarbeitete das Konsortium konkrete Handlungsempfehlungen für das Ministerium. Dabei wurden auch juristische Vorschläge für eine neue Verordnung entwickelt.

Nachhaltige Schiffskabinen für eine Kreislaufwirtschaft im Schiffbau, Vorhaben: Integration von Kreislauffähigkeits- und Rücknahmekonzepten in Gestaltungsgrundsätze für innovative maritime Wohnbereiche der Zukunft

Flexible und nachhaltige Energieoptimierung in Gebäuden durch intelligente Virtualisierung, Teilvorhaben: Flexibilisierung des Lastmanagements in der gewerblichen Wäschereitechnik durch Integration in ein intelligentes Gebäudeenergiemanagement

Regionaler zellularer Verbund von Versorgungseinheiten mit Netzregelaufgaben

Für einen stabilen Netzbetrieb muss das Angebot an elektrischer Leistung stets dem Verbrauch entsprechen. Dazu halten die Übertragungsnetzbetreiber Regelleistung zur Primär- und Sekundärregelung sowie Minutenreserve vor. Mit der Zunahme der Leistungseinheiten mit volatiler Netzeinspeisung aus erneuerbaren Energien, wie Windkraft und Photovoltaik, erhöht sich permanent der Bedarf an Regelleistung. Gleichzeitig wird die eingespeiste Leistung aus konventionellen Großkraftwerken und damit die zur Verfügung stehende Regelleistung abnehmen. Aktuelle Studien zeigen zudem, dass in der Primärregelung künftig signifikant kürzere Reaktionszeiten und höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die so entstehende Bedarfslücke kann künftig durch regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten abgedeckt werden. Sie sind gekennzeichnet durch eigene dezentrale Versorger-, Verbraucher- und Speicherkapazitäten , insbesondere Industriebetriebe mit eigenen Heizkraftwerken auf Basis von Gas, Biomasse oder Kohle mit Priorität der Wärmeversorgung, Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen sowie elektrische Batteriesysteme und thermische Speicher. Sie stellen nach außen einen Verbund mit positiver und negativer Regelreserve dar. Der Netzbetreiber kann die einzelnen Verbünde gestuft einsetzen und abrufen. Hierdurch entstehen zusätzliche Redundanzen, welche die Gesamtsystemstabilität erhöhen. Ziel des Vorhabens ist es zunächst, Lösungsansätze zu entwickeln, so dass regionale zellulare Verbünde von Versorgungseinheiten auch hochdynamische Netzregelaufgaben erfüllen können. Das komplexe Zusammenwirken von Energiebereitstellungs-, Nutzungs- und Speichereinheiten unterschiedlicher Energieformen stellt dabei eine besondere Herausforderung dar. Die Übernahme von Netzregelaufgaben muss ohne Abstriche bei Prozess- und Versorgungsstabilität, Betriebszuverlässigkeit und Anlagenlebensdauer erfolgen. Nur durch die Integration geeigneter Speicher, einer intelligenten Nutzung systeminhärenter Speicherkapazitäten sowie einer übergeordneten Steuerung und Überwachung des komplexen dezentralen Systems können die Anforderungen erfüllt werden. Als Entwicklungsplattform und Demonstrator soll das Technikum des Zentrum für Energietechnik (ZET) der TUD dienen. Es repräsentiert einen derartigen Verbund dezentraler Erzeuger- und Verbrauchereinheiten von Elektroenergie und Wärme mit Kopplung zum Strom- und Wärmenetz des lokalen Energieversorgers im Universitätscampus.

Einspeisemanagement in Schleswig-Holstein

Im Auftrag des schleswig-holsteinischen Ministeriums für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume hat Ecofys die Entwicklung des Einspeisemanagements (EinsMan) in dem norddeutschen Bundesland untersucht. Ecofys schätzte auf Basis der durch die Netzbetreiber veröffentlichten Meldungen die aufgrund von Überlastungen von Betriebsmitteln nicht eingespeiste Energie ab. Im untersuchten Zeitraum zwischen 2009 und 2011 waren vor allem Gebiete an der West- und Ostküste Schleswig-Holsteins mit hoher installierter Leistung an Windenergieanlagen von Einspeisemanagement betroffen. Die Ausfallarbeit verdoppelte sich etwa jährlich und lag 2011 zwischen105 und 236 GWh. Im gleichen Zeitraum stiegen die Entschädigungszahlungen von rund 2 Mio. Euro auf 10 bis 23 Mio. Euro an. Rund 97Prozent der im Jahr 2011 entstandenen Ausfallarbeit in Schleswig-Holstein betraf Windenergieanlagen. In den Jahren 2009 und 2010 machten hauptsächlich Überlastungen im regionalen Verteilnetz Einspeisemanagement nötig. In 2011 nahm die Bedeutung von Überlastungen in Umspannwerken zwischen der 20 und 110 kV-Ebene sowie im 220/380 kV Übertragungsnetz zu.

Beitrag dezentraler Erzeugungsanlagen zur Versorgungssicherheit - Untersuchungen zur Notwendigkeit einer weitergehenden Systemsteuerung zur Einhaltung der Systembilanz

Diese Studie zur Systembilanz des deutschen Energiesystems erstellten Ecofys und Consentec im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Es wurde untersucht, ob in Anbetracht des starken Zubaus dezentraler und teilweise nicht steuerbarer Erzeugungsanlagen kurz- bis mittelfristig Schwierigkeiten bezüglich der Einhaltung der Systembilanz zu erwarten sind. Die abgeleiteten Erkenntnisse erlauben eine Optimierung und wirtschaftliche Bewertung von Maßnahmen. Zudem enthält die Studie explizite Schlussfolgerungen für regulatorischen Handlungsbedarf.

2030 Szenario für Deutschland bei verzögertem Netzausbau

Ecofys hat im Auftrag der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP) untersucht, wie sich ein verzögerter Ausbau der Stromübertragungsnetze bei unterschiedlicher geografischer Verteilung Erneuerbarer Energien-Anlagen auswirkt. Wird das Netz nicht optimal ausgebaut, müssen regional mehr Speicher und flexible Kraftwerke eingesetzt, und Erneuerbare Energie Anlagen häufiger abgeregelt werden. Die dadurch verursachten Kosten sinken, wenn die Anlagen zur Nutzung erneuerbaren Energiequellen gleichmäßiger verteilt sind.

Abschätzung der Bedeutung des Einspeisemanagements nach Paragraph 11 EEG und Paragraph 13 Abs. 2 EnWG

Diese im Auftrag des Bundesverbands WindEnergie e.V. erstellte Studie erläutert die Auswirkungen des Einspeisemanagements auf die Windenergieerzeugung in den Jahren 2010 und 2011. Ecofys analysierte das Einspeisemanagement, welches Verteilnetzbetreiber (VNB) anwenden, um die Netzsicherheit zu gewährleisten. Während des EinspeiseManagement-Vorgangs regelt der Verteilnetzbetreiber temporär die Erneuerbaren Energien (EE) Anlagen in der betroffenen Netzregion ab, um eine Überlastung des Netzes zu vermeiden. Wir führten eine Bestandsaufnahme zum Einspeisemanagement der deutschen Verteilnetzbetreiber durch und entwickelten eine Methode zur Abschätzung der dadurch abgeregelten Energiemenge. Die Ergebnisse der Ausfallarbeit eines Jahres vergleichen wir regelmäßig mit den Ergebnissen der vorangegangenen Jahre, um daraus den sich ergebenden Trend abzuleiten. Bislang veröffentlichen Netzbetreiber die durch Einspeisemanagement verloren gegangene Energie nicht. Darüber hinaus untersuchte Ecofys, ob in Engpasssituationen Einspeisemanagement nach Paragraph 11 EEG durchgeführt wurde und Entschädigungen nach Paragraph 12 EEG gezahlt wurden oder ob Maßnahmen nach Paragraph 13 Abs. 2 EnWG, ohne die Möglichkeit zur Entschädigung der Anlagenbetreiber, durchgeführt wurden.

Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung, SynErgie3: Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung

Digitalisierte Wärmespeicher für die Energiewende, Teilvorhaben: Optimierung Sensorhaut zur großflächigen Temperaturerfassung an Wärmespeichern

In dem Projekt DARING soll die Energieeffizienz von Wärmespeichern (z.B. Puffer- und Trinkwasserspeicher) im Bereich der Gebäudeenergieversorgung signifikant gesteigert werden. Dafür wird eine innovative Sensortechnologie (Sensorhaut) für die großflächige Erfassung des Temperaturprofils an den Speichern optimiert. Mit den generierten Daten lässt sich der exakte Beladungszustand bestimmen und die Energiezufuhr gezielter steuern. Durch eine bessere Steuerung von Wärmepumpensystemen kann eine Effizienzsteigerung um bis zu 10% erreicht werden. Für Solarthermie-Anlagen im Gebäudebereich sowie Fernwärme-Hausstationen werden äquivalente Werte prognostiziert. Bei der vorgelagerten Gebäudeversorgung über Wärmenetze besteht bei einer Integration in das übergeordnete Lastmanagement das Potenzial, vom kontinuierlichen in den Pulsbetrieb überzugehen, womit Trinkwasserspeicher gezielt beladen werden können. Die Technologie der Sensorhaut basiert auf druckbarer organischer Dünnschicht-Elektronik und erlaubt die zuverlässige Messung verschiedener Parameter (z.B. Temperatur) über große Flächen hinweg in Echtzeit. Durch den speziellen Herstellungsprozess (Flüssigprozessierung) sind die Sensorfolien in Form und Funktion nahezu beliebig konfigurierbar. Dabei entsteht nur ein minimaler Material- und Energieverbrauch, woraus sich im Vergleich zu herkömmlicher Sensorik Kostenvorteile sowie eine bessere CO2 Bilanz ergeben. DARING ist als Verbundprojekt konzipiert, in dem Experten aus Forschung und Praxis zusammenarbeiten. Dadurch wird gewährleistet, so nah an den realen Gegebenheiten und Bedürfnissen zu entwickeln wie möglich. Neben dem Institut für Angewandte Physik der TU Dresden sind die Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung, die Firma Viessmann Climate Solutions SE sowie die Cupasol GmbH als direkte Projektpartner an der Umsetzung und Erprobung beteiligt. Darüber hinaus ist die Vonovia SE als Drittmittelgeber Teil des Konsortiums.

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