Steuerungskonzept für den koordinierten Betrieb dezentraler Power-to-Heat Anwendungen

Zusammenfassung

Der Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland ist in den letzten Jahren stark gestiegen und wird aller Voraussicht nach weiter ansteigen. Dadurch ergeben sich stärkere Fluktuationen des Strompreises und es kommt häufiger zu Situationen, in denen die mögliche Stromproduktion die Nachfrage überschreitet, sodass Anlagen zur Stromerzeugung auf Basis fluktuierender erneuerbarer Energien abgeschaltet werden müssen. Um diese Probleme zu adressieren, werden daher zunehmend Maßnahmen benötigt, die einen flexiblen Umgang mit einer schwankenden Energiebereitstellung ermöglichen. Eine solche Maßnahme stellt Power-to-Heat – die Wandlung elektrischer in thermische Energie – dar. In dieser Arbeit wird ein dezentraler Power-to-Heat Ansatz betrachtet, der die Installation von Heizpatronen in den Heizsystemen von Endkunden vorsieht. Um mit solchen kleinskaligen Systemen energiewirtschaftlich relevant auf die Versorgungssituation Einfluss zu nehmen, bedarf es eines koordinierten Betriebs einer Vielzahl entsprechender Anlagen. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher ein Steuerungskonzept, das einen solchen koordinierten Betrieb ermöglichen soll, erarbeitet und dargestellt. Dabei werden verschiedene Elemente in das Steuerungskonzept integriert, die trotz gegebener Unsicherheiten (z. B. Prognosefehler), eine hohe Planbarkeit des Betriebs gewährleisten sollen. Abschließend werden einige relevante Aspekte des Konzepts mithilfe von Simulationen analysiert und bewertet.

Abstract

The share of fluctuating renewable energies in Germany’s electricity generation has risen sharply in recent years and is likely to increase further. This results in stronger fluctuations in the price of electricity and a higher frequency of situations in which potential electricity production exceeds demand, so that power plants on the basis of fluctuating renewable energies have to be shut down. In order to address these issues, measures that enable flexible handling of a fluctuating energy provision are increasingly needed. Power-to-Heat—the conversion of electrical into thermal energy—represents such a measure. In this work a decentralized power-to-heat approach is considered, which includes the installation of heating cartridges in the heating systems of end customers. In order to influence the supply situation considerably with such small-scale systems, a coordinated operation of a large number of these plants is required. Therefore, in this paper a control concept is developed and presented, which should enable such a coordinated operation. Various elements are integrated into the control concept which should ensure a high degree of predictability of the operation despite given uncertainties (e. g. forecast errors). In conclusion, some aspects of the concepts are evaluated using simulations.