Flexibilitätsbedarf in zukünftigen Energieversorgungssystemen

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Thomas Schuster
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1 FRAUNHOFER IWES ENERGIESYSTEMTECHNIK Tagung Speicher für die Energiewende, Hannover, Flexibilitätsbedarf in zukünftigen Energieversorgungssystemen Diana Böttger Seite 1

2 AGENDA Motivation Langfristige Perspektive 2050 Marktchancen von Flexibilitätsoptionen Day-ahead Spotmarkt Regelleistungsmarkt Zusammenfassung Seite 2

3 Klimaziele 2030 und 2050 Quelle: Fraunhofer IWES/IBP (2017): Wärmewende 2030 Seite 3

4 Steigerung des Anteils von erneuerbaren Energien an der Stromversorgung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch ,3% % % 40% % % 55% % % 0% Ziele aus dem Energiekonzept 2011 Ausbaukorridor gemäß Koalitionsvertrag 2013 Ist Quelle: Eigene Darstellung nach (BDEW 2015a) auf Grundlage von (AGEB 2016b; BMWi 2014) Um Parisziele zu erreichen, sind noch höhere Anteile notwendig Seite 4

5 Technisches Potential für Flexibilitätsoptionen Quelle: Kondziella (2017): Ökonomische Bewertung von innovativen Speichertechnologien in Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien Seite 5

6 Flexibilitätsoptionen im Stromsektor Quelle: Krzikalla et al. (2013): Möglichkeiten zum Ausgleich fluktuierender Einspeisungen aus Erneuerbaren Energien Seite 6

7 Sektorkopplung EE-Strom als zukünftiger Primärenergieträger und Haupttreiber! Keine EE-Überschüsse sondern es wird zusätzlicher EE-Strom ausgebaut Quelle: Fraunhofer IWES et al. (2015): Interaktion EE-Strom, Wärme, Verkehr Seite 7

8 AGENDA Motivation Langfristige Perspektive 2050 Marktchancen von Flexibilitätsoptionen Day-ahead Spotmarkt Regelleistungsmarkt Zusammenfassung Seite 8

9 Sektorübergreifende Zubau- und Einsatzoptimierung SCOPE Eingangsgrößen Ergebnisse Brennstoffkosten Technologiekosten Potenziale/ Restriktionen Zeitreihen für Energiebedarfe (Strom, Wärme, Verkehr) Europa und/oder DE Kostenminimierung unter Einhaltung von Klimazielen Optimaler Strommix Optimaler Wärmemix Energiemengengerüst und installierte Leistung CO 2 -Preis Märkte: Strommarkt Wärmemärkte (unt. Haustypen und Temperaturen) Gasmarkt Mobilitätsprofile CO 2 -Markt Technologieportfolio: Windkraft, PV Stromspeicher Power-to-Gas BEV PHEV/REEV Wasserkraft KWK Klimatisierung Kessel Oberleitungs-LKW Kondensations-KW Power-to-Heat Wärmepumpen Solarthermie Geothermie Seite 9

10 GW Klimazielszenario für 2050: Installierte Leistungen in Europa Deutschland: 173 GW PV, 159 GW Wind, 12 GW P2G, 10 GW Batterien Darstellung ohne Wasserkraft Gasturbine Kernkraftwerke GuD Kond. KWK-Anlage (EK) Windenergieanlage PV-Anlagen P2G Batterien Quelle: Fraunhofer IWES (2017): Analyse eines europäischen -95%-Klimazielszenarios über mehrere Wetterjahre Seite 10

11 TWh Stromerzeugung und Stromverbrauch in Deutschland Erzeugung Verbrauch Power-to-Gas Netto-Export Speicherverluste Oberleitungs-Lkw E-Pkw Klimatisierung Wärmepumpen Power-to-Heat / Industrie-WP Strom-Prozesswärme Herkömml. Verbrauch EE-Abregelung Netto-Import GT GuD KWK Müll-HWK, Klärgas Laufwasser Wind-Offshore Wind-Onshore PV Quelle: Fraunhofer IWES (2017): Analyse eines europäischen -95%-Klimazielszenarios über mehrere Wetterjahre Seite 11

12 Auswirkungen der Sektorkopplung im Jahr 2050 Quelle: Fraunhofer IWES (2017): Analyse eines europäischen -95%-Klimazielszenarios über mehrere Wetterjahre Seite 12

13 Auswirkungen der Sektorkopplung im Jahr 2050 Quelle: Fraunhofer IWES (2017): Analyse eines europäischen -95%-Klimazielszenarios über mehrere Wetterjahre Seite 13

14 Zwischenfazit Klimaziele von Paris erfordern stärkeren EE-Ausbau im Vergleich zu früheren Szenarien Sektorkopplung Langfristig erfordert der starke Ausbau von Windenergie und Photovoltaik eine hohe Flexibilität auf Seiten der Stromverbraucher und der anderen Stromerzeuger Welche Marktpotentiale in kurz-/mittelfristiger Sicht für Flexibilitätsoptionen existieren, hängt von ökonomischen Rahmenbedingungen auf den jeweiligen Märkten ab. Seite 14

15 AGENDA Motivation Langfristige Perspektive 2050 Marktchancen von Flexibilitätsoptionen Day-ahead Spotmarkt Regelleistungsmarkt Zusammenfassung Seite 15

Speichererlöse am Spotmarkt (2005-15) Speicherkapazität 1 MW/ 4 MWh Quelle: Kondziella (2017): Ökonomische

16 Speichererlöse am Spotmarkt ( ) Speicherkapazität 1 MW/ 4 MWh Quelle: Kondziella (2017): Ökonomische Bewertung von innovativen Speichertechnologien in Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien Seite 16

17 Residuallast in 2030 bei unterschiedlicher Marktdurchdringung mit Kurzzeitspeichern Mo Di Mi Do Fr Sa So Quelle: Kondziella (2017): Ökonomische Bewertung von innovativen Speichertechnologien in Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien Seite 17

Preisdifferenzen am Spotmarkt (Day-ahead) bei unterschiedlicher installierter Speicherkapazität Anmerkung: Analyse mit nationalem Modell mit europäischem Stromhandel sind

18 Preisdifferenzen am Spotmarkt (Day-ahead) bei unterschiedlicher installierter Speicherkapazität Anmerkung: Analyse mit nationalem Modell mit europäischem Stromhandel sind Preisdifferenzen geringer Quelle: Kondziella (2017): Ökonomische Bewertung von innovativen Speichertechnologien in Energiesystemen mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien Seite 18

19 Präqualifizierte Leistung am Regelleistungsmarkt heute 150 MW Batteriespeicher für PRL präqualifiziert Quelle: Seite 19

20 Szenario für den Regelleistungsmarkt in 2025 Marktanteile in der Leistungsvorhaltung Szenario Mit Batterien : 500 MW installierte Leistung Quelle: Hasche et al. (2017): Die Integration von Batteriespeichern am Regelleistungsmarkt eine modellgestützte Analyse Seite 20

21 Szenario für den Regelleistungsmarkt in 2025 Jahresmittlere Leistungspreise Batterien können die Leistungspreise deutlich senken Quelle: Hasche et al. (2017): Die Integration von Batteriespeichern am Regelleistungsmarkt eine modellgestützte Analyse Seite 21

22 AGENDA Motivation Langfristige Perspektive 2050 Marktchancen von Flexibilitätsoptionen Day-ahead Spotmarkt Regelleistungsmarkt Zusammenfassung Seite 22

23 Zusammenfassung Klimaziele von Paris erfordern starken Ausbau von Windenergie und Photovoltaik Flexibilitätsbedarf nimmt zu Viele mögliche Optionen Strom: Pumpspeicher, Batterien, Netzausbau, Abregelung, Wärme: Wärmepumpen, KWK mit Wärmespeicher, Elektrodenkessel Verkehr: gesteuertes Laden von Elektrofahrzeugen Level playing field für alle Optionen muss noch geschaffen werden, damit sich ein Mix der wirtschaftlichsten Optionen einstellen kann Seite 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Diana Böttger Wissenschaftliche Mitarbeiterin Gruppe Energiewirtschaft und Systemanalyse Tel.: Fraunhofer IWES Königstor Kassel Seite 24

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