Institut für Solare EnergieversorgungstechnikKönigstor 59 Verein an der Universität Kassel...
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Institut für Solare Energieversorgungstechnik Königstor 59 Verein an der Universität Kassel e.V. D-34119 Kassel Bereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de Kassel DeMoTec Hanau Electrical Engineering and Systems Technology for the Use of Renewable Energies and Decentral Energy Supply Applications- oriented Research and Development Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e.V. www.iset.uni- kassel.de Control of Virtual Power Plants with 100 % Renewable Energy Sources 3rd EAWE PhD Seminar Pamplona 10.10.2007 Reinhard Mackensen
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Institut für Solare Energieversorgungstechnik Königstor 59Verein an der Universität Kassel e.V. D-34119 KasselBereich Information und Energiewirtschaft http://www.iset.uni-kassel.de
Kassel DeMoTec
Hanau
Electrical
Engineering and
Systems Technology
for the Use of
Renewable Energies
and Decentral
Energy Supply
Applications-
oriented Research
and Development
Institut für Solare
Energieversorgungstechni
k
Verein an der
Universität Kassel e.V.
www.iset.uni-
kassel.de
Control of Virtual Power Plants with 100 % Renewable Energy
Sources
3rd EAWE PhD SeminarPamplona 10.10.2007
Reinhard Mackensen
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Agenda
- Motivation for this work- The 100% renewables scenario - The virtual power plant- First results- Future work
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
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Motivation – Powergeneration in Germany
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Source: Statistisches Bundesamt Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Verband der Elektrizitätswirtschaft - VDEW - e.V. Statistik der Kohlenwirtschaft e.V.: AG Energiebilanzen e.V. Berechnungen des DIW Berlin. 22. August 2006
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Motivation – Reasons to use renewable energy ressources
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006
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Motivation – Reasons to use renewable energy ressources
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006
For 62% offuel has
to be imported
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Motivation – Reasons to use renewable energy ressources
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006
For 62% offuel has
to be imported
CO2
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Motivation – Reasons to use renewable energy ressources
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006
For 62% offuel has
to be imported
CO2
40% CO2 reduction of the value 1990
until 2020
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Motivation – Reasons to use renewable energy ressources
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006
For 62% offuel has
to be imported
CO2
40% CO2 reduction of the value 1990
until 2020
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Motivation – Reasons to use renewable energy ressources
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Statistisches Bundesamt Stand: 22. August 2006
For 62% offuel has
to be imported
CO2
Phasing out nuclear Energy until 2021
40% CO2 reduction of the value 1990
until 2020
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Motivation – The invention of the project virtual power plantwith 100% reneable energy sources
The two main questions are:
1. Potential: Is it possible to replace all conventional power generation with renewables?
2. Availability: Have renewables the ability to meet the consumption any time?
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
At the energy summit talks in 2006 three of the leading companies of the renewable industry promised to produce evidence to supply the German electricity system with Energy from 100% renewable sources.
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The 100% renewables scenario – Net power generation
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
2006 Future… (2050)
Net power generationin Germany [TWh/a] 536,1 573
Conventional powerplants 363,4 0
Wind onshore 30,5 168
Wind offshore 0 120
Biogas 18,6 100
PV 2,0 60
Hydro 21,6 25
waste incineration, decentralized CHP 100 100
Source: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld, ISET Stand: 10. Juli 2007
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The virtual power plant – Virtual plant, real energy
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Combination of wind, pv, biogas
and pumped hydro
Model 1/10000
Wind Solar Biogas Hydro
GWh 16,8 6,0 10,0 8,2
MW 12,6 5,5 4,0 1,0
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
The calculation of the energymix is done in two ways:
For the future:Weather forecasts lead to power forecasts and
schedules.
For the actual timestep:Controlling/Adjusting the schedules.
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Calculating the demand
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Forecasting photovoltaics
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Forecasting wind
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Creating biogas schedules
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The virtual power plant – Main principle
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Creating hydro schedules
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Agents
The virtual power plant – Interfaces
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Ca
lcu
latio
na
lgo
rith
m
Load
Wind
Biogas
Import/Export
PV
Hydro
Results
Control
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The virtual power plant – Graphical userinterface
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
System is runningoperationally
since3rd of July
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First results – Simulation 2006
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
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Future work
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Inspection of different scenarios, further sources and storageImproving modelsImproving wind- and pv generation forecastsUse of short-term forecastsImprove the InterfacesInspection of costs
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Kassel DeMoTec
Hanau
Electrical Engineering and
Systems Technology
for the Use of Renewable Energies
and Decentral Energy Supply
Applications-oriented Research and Development
Institut für Solare Energieversorgungstechni
kVerein an der
Universität Kassel e.V.
www.iset.uni-kassel.de
Thank you for
your attention!
ISET e.V.
Reinhard Mackensen
Königstor 59
D-34119 Kassel
+49 (0)561-7294-245
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The virtual power plant - Calculationalgorithm
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
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The 100% renewables scenario – Energyproduction of renewables
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Quellen: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld ISET Stand: 10. Juli 2007
WindWind onshore Wind offshore
2006 Future… 2006 Future…
Full load hours 2.000 2.800 0 4.000
Avg. capacity in kW 816 6.000 0 6.000
GWh 30.500 168.000 0 120.000
Number of plants 18.685 10.000 0 5.000
Total capacity 20,62 60 0 30
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The 100% renewables scenario – Energyproduction of renewables
Biogas 2006 Future…
Tons of Corn/Hektar 50 70
m3 Gas/Ton of corn 200 200
kWh/m3 5 5
kWhel/kWh/m3 2 2,5
Agricultural land in Mio. ha 17 17
GWhel 18.600 100.000
Gas Mio. m3 9.300 40.000
Mio. Ton 46,5 200
Mio. Hektar 0,930 2,857
% Agricultural land for el. power generation 5,47% 16,81%
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Source: Enercon GmbH, Schmack Biogas AG, Solarworld ISET Stand: 10. Juli 2007
PV 2006 Future…
Full load hours 950 850
W/m2 120 150
GWh 2.000 60.000
Capacity in GW 2 71
Mio. m2 21 706
Rooftops in Mio. m2 3.600 3.600
% of Rooftops 0,58% 19,61%
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First results – Simulation 2006
Reinhard Mackensen – 10.10.2007
Load Wind PV Gas Hydro ImportExport
Wasted wind
2006 41.124 22.277 6.15311.316 323 1.056
-3.520 7.586
January 3.779 1.905 208 1.603 59 4 -45 60
February 3.430 1.721 254 1.272 91 92 -182 333
March 3.716 2.071 464 821 64 297 -422 556
April 3.247 1.771 590 881 5 0 -213 448
May 3.352 1.767 772 808 4 0 -305 812
June 3.136 1.031 902 1.160 24 19 -125 196
July 3.270 942 998 932 37 361 -429 461
August 3.244 1.608 634 877 11 115 -322 529
September 3.246 1.646 602 960 18 20 -251 547
October 3.540 2.189 386 810 7 149 -424 867
November 3.583 2.783 193 606 1 0 -404 1.469
December 3.581 2.844 149 585 3 0 -400 1.316
