Energiespeicher in Deutschland Bedarf Technologien Rahmenbedingungen

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1 Energiespeicher in Deutschland Bedarf Technologien Rahmenbedingungen Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al. FENES, OTH Regensburg Energy Storage Düsseldorf 24. März 2014

2 Energiewende = Stromwende + Wärmewende + Mobilitätswende Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 2

3 Stromwende in Deutschland Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 3

4 Wärmewende in Deutschland Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 4

5 Mobilitätswende in Deutschland Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 5

6 Überschüsse & Defizite Flexibilitätsbedarf Speicherbedarf Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 6

7 7 Steigender Bedarf von Flexibilität Vergleich Einspeisesituation Deutschland 2010 und exemplarische Woche Einspeisung / Nachfrage 80 GW 60 GW Windenergie Photovoltaik Nachfrage Wind & PV Einspeisung übersteigt Last Verschärfung der Situation durch Weitere Must-Run-Erzeugung (z.b. Biomasse, KWK) Restriktionen aus Netztopologie und Netzbetrieb Flexibilität des Energiesystems entscheidend Quelle: Rotering, IAEW 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 7

8 Überschüsse Flexibilitätsbedarf > Speicherbedarf Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 8

9 Entwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 9

10 Technologien Das Speicherproblem ist gelöst Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 10

11 Definition Energiespeicher Ein Energiespeicher ist eine energietechnische Einrichtung, welche die drei folgenden Prozesse beinhaltet: Laden, Speichern und Entladen, wobei ein Energiespeicher auch nur aus der Speichereinheit oder einem Energieträger bestehen kann. Nur Stromspeicher sind keine Letztverbraucher Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 11

12 Speicherproblem techn. gelöst Wirtschaftlichkeit Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 12

13 Wärmespeicher über Power-to-Heat und flexible KWK als kostengünstige Speicherung (Strom Wärme) Quelle: N-Ergie 2013 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 13

14 Pumpspeicher als effizienter und etablierter Kurzzeitspeicher Quelle: Schluchseewerk, 2013 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 14

15 Batteriekraftwerke in Primärregelleistung + EE ersetzen Kohlekraftwerke Quelle: Younicos Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 15

16 Power-to-Gas als Langzeitspeicher & Stromkraftstoff Quelle: E-On, 2013 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 16

17 Power-to-Gas: zu geringe Auslastung, zu teuer Energiewende: Not-in-my-backyard! Abhilfe: Meer nutzen & dem Wind folgen Bildquelle: Sylvia Riedl, pixelio.de Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 17

18 Meer: Große ungenutzte Windpotentiale Quelle: auf Basis von Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 18

19 1. Ansatz: Segelenergie: Energieschiffe zur Kraftstoffernte Wind Wasserkraft Power-to-X Kraftstoff Quelle: Sterner, Raith, 2013, Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 19

20 Segelenergie: Energieschiff der 2 5 MW Klasse Konstante Ernte von Windenergie Hohe Auslastung der Anlagen Quelle: Sterner, Raith, 2013, Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 20

21 2. Ansatz: Stromkraftstoffe von Windplattformen Quelle: Sterner, Raith, 2013, Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 21

22 Kosten & Rahmenbedingungen Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 22

23 Quelle: Gerhard Mester, 2012 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 23

24 Mythos: Ökostrom ist teuer Wind & Sonne gleichauf / am Günstigsten Nicht enthalten: Speicherkosten Externe Kosten (Entsorgung, CO 2 ) Wind PV Gas & Dampf Steinkohle Kernkraft Gestehungskosten für neue Kraftwerke in cent / kwh 2013 Einspeisevergütung England neues AKW: 11,3 ct / kwh für 30 Jahre Quelle: Agora 2013, mit Daten vom Energiewirtschaftlichen Institut zu Köln EWI Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 24

25 Entwicklung Energiemix Studie Geschäftsmodell Energiewende Jährlicher Primärenergieverbrauch [TWh/a] Gesamt Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Mineralöl EE-Strom Biomasse Geothermie Solarthermie Biokraftstoffe biogener Müll Quelle: Gerhardt et al., 2013 (www.herkulesprojekt.de) Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 25

26 Energiewende lohnt sich Rendite 4 7 % bis 2050 Studie Geschäftsmodell Energiewende Gutschrift durch Brennstoffeinsparungen PV Wind Onshore Wind Offshore Andere Erneuerbare Infrastrukturkosten E-Mobility Power2Gas und weitere Speicher Wärmepumpen Gebäudeisolation Kapitalkosten Deckungsbeitrag (inkl. Kapitalkosten) Deutschland importiert für 100 Milliarden Primärenergie jedes Jahr, v. a. Kohle, Öl und Gas. In 10 Jahren verbrennen wir 1000 Mrd. Investment in EE & Speicher ist eine attraktive Kapitalanlage Kosten [Mrd. Euro] Szenariojahr Quelle: Gerhardt et al., 2013 (www.herkulesprojekt.de) Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 26

27 Derzeitige Rahmenbedingungen für Speicher Mögliche Änderungen Stromsektor Netznutzungsentg.: Neubauten für 20 Jahre befreit (Stromspeicher) EEG-Umlage: Alle Stromspeicher (ausschließl. Rückverstromung) Stromsteuer: Derzeit nur PSW (andere?) Regelenergiemarkt Teilnahmebedingungen? Speicher in den Händen der Netzbetreiber? Wärmesektor Anreiz für Strom-Wärme-Integration Verkehrssektor Mehrfachanrechnung (4-Counting) für Stromkraftstoffe CO 2 Bepreisung als Speichertreiber Speicherfonds (Kauf: 100 / t CO 2 vs. Entsorgung in der Atmosphäre: 4 / t CO 2 ) Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 27

28 Energiespeicher ermöglichen die Nutzung intersektoraler Synergien Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 28

29 Zusammenfassung Engpassbasierte Überschüsse dominieren Energiemarkt sieht bis % keine Speicher / Flexibilitäten Leistungsmarkt (Reservemärkte), Mobilität, Wärme erste Speichermärkte Kostenreihenfolge (Merit-Order) der Flexibilitäten 1. Netzausbau und Ausweitung der EU-Kuppelstellen 2. Flexibilisierung von Erzeugung (v.a. KWK über Wärmespeicher) 3. Flexibilisierung des Verbrauchs (DSI, PtH u.a. Wärmespeicher) 4. Kurzzeitspeicher (Pumpspeicher, Batterien) 5. Langzeitspeicher (Power-to-Gas) Speicher nötig für die Energiewende wie etablieren? Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 29

30 Weiterlesen Sterner, Stadler Energiespeicher Ab Mitte 2014 im Springer-Verlag Sterner Stadler Energiespeicher Michael Sterner Ingo Stadler 1 Energiespeicher Bedarf Technologien Integration Quelle: Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 30

31 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) michael.sterner a oth-regensburg.de Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 31

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