...speichert Strom mit Salz

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1 ...speichert Strom mit Salz Warum Strom speichern? Volkswirtschaftliche Kosten / Betriebswirtschaftliche Kosten der Speicher Salzbatterie-Entwicklung im Hasli Stationäre und mobile Speichersysteme aus dem Hasli November 2017 / Ruswil

2 Energiestrategie 2050: Das ist unser Plan 25 ARA KVA1 Biomasse2 Biogas Geothermie Stromproduktion Schweiz aus neuen erneuerbaren Energien [in TWh] Wind 10 Photovoltaik ) 50% EE-Anteil 2) Holz - Die Produktion aus neuen erneuerbaren Energien wird stark ausgebaut auf rund 24TWh pro Jahr im Jahr 2050 (Netto-Erzeugung aller Schweizer Kraftwerke im Jahr 2012: 65.6TWh). - Ein wesentlicher Anteil davon (ca. 11TWh im Jahr 2050) entfällt auf Photovoltaik. - Da Photovoltaik, wie auch Wind, nicht regelbar ist, führt dies insbesondere im Sommer zu Stromüberschüssen. Quelle: Bundesamt für Energie (BFE), Energiestrategie 2050, Variante EE verstärkt im Szenario Politische Massnahmen Bundesrat 2

3 Energiestrategie 2050: Das wird Realität Quelle: Prof. Dr.-Ing. M. Popp, Kurzzeitspeicheranalyse Schweiz, Studie im Auftrag der Swiss Utility Solutions AG, 2014 Erklärungen - Leistung Laufwasser/Wind gemäss Energiestrategie Produktion mit geplanter Leistung Energiestrategie 2050 und den effektiven Wasser-/Windverhältnissen im Juni 2008 Erkenntnisse MW Speicherleistung notwendig - Höchstbelastungen im Niederspannungsnetz - Dezentrale Speicher sind notwendig für Energiewende 3

4 Herausforderungen: Grosse, zentrale «Batterien» sind zu wenig Massiver Ausbau Pumpleistung MW 8'000-10' % +260% +150% - Kurzfristige Ausregelung des Netzes und Tagesausgleich - Keine saisonale Speicherung, (Bestehende) Speicherseen werden im Sommer durch natürliche Zuflüsse gefüllt Voraussetzungen - Netzausbau alle Netzebenen Keine grosse Änderung in der Struktur der Energieversorgung Problem: 1'450 aktuell Fokus des Ausbaus in Bau Mögliche Tagesspitzen (8'000-10'000 MW) können nicht absorbiert werden Projekte benötigt BFE Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2012 ; Projektinformationen der geplanten Pumpspeicherkraftwerke, eigene Berechnungen 4

5 Herausforderungen der Energiewende: Saisonale Speicherung Quelle: Prof. Dr.-Ing. M. Popp, Kurzzeitspeicheranalyse Schweiz, Studie im Auftrag der Swiss Utility Solutions AG, 2014 Erklärungen - Leistung Laufwasser/Wind gemäss Energiestrategie Produktion mit geplanter Leistung Energiestrategie 2050 und den effektiven Wasser-/Windverhältnissen im Dezember 2008 Erkenntnisse - Zu wenig Energie im Winter - Leistungsspitzen erreichen Verbrauch selten - Dezentrale Speicher können auch genutzt werden 5

6 Lösungsansatz dezentrale Speicherung: «Zähmung» der Solarstromschwemme im Sommer Elektromobilität Hausspeicher (Wärme/Strom) Quartierspeicher Power-to-Gas Erklärungen - Ca. 1 Mio. 23-kWh-Batterien im Netz - Maximale Ladeleistung Batterien: MW - Speicherkapazität der Batterien: 21 GWh - Batterien mit (simulierter) InGrid-Steuerung Quelle: Prof. Dr.-Ing. M. Popp, Kurzzeitspeicheranalyse Schweiz, Studie im Auftrag der Swiss Utility Solutions AG, 2014 Erkenntnisse - Dezentrale Batteriespeicher reduzieren die notwendige (übrige) Speicherleistung im System auf ca MW - Überschuss im Sommer wird als Band nutzbar - Netzfreundliche Integration Solar mit dezentralen Batterien möglich 6

7 Sommerspitzen brechen: 1 Mio. Batterien zu 23 kwh = ein Oberaarsee mit einer Pumpspeicherleistung von 8000 MW jeden Tag füllen / leeren 7

8 Volkswirtschaftliche Kosten 1 Mio Stück 23 kwh Batterie 8000 MW WR-Leistung 1 Oberaarsee mit 8000 MW Pumpleistung Batteriespeicher Pumpspeicheranlagen 17 Mrd. CHF 21,5 Mrd CHF 15 Mrd. CHF 2 Mrd. CHF Keine Ausbaukosten 0,5 Mrd. CHF 16 Mrd. CHF 5 Mrd. CHF 8

9 Das Neue siegt immer: PV und Speicherung für Haushalte Stufe 1: Keine Netzparität Endverbraucher (ohne/mit Produktion) Stufe 2: Netzparität der Produktion Netz Prosument (in Eigenverbrauchswelt) Restbedarf Netz Stufe 3: Netzparität der Speicherung Prosument (als Selbstversorger) Netz Restbedarf > 70% 100% 30% 100% 70% bis < 30% ab 2019 (schrittweise wachsende Kapazität) Geschäftsmodelle der EVUs unter Druck Neue Technologien sind bald zugänglich für alle: PV wird immer günstiger Batterien sind bereits heute langlebig, zuverlässig (aber zu teuer) Wechselrichter-Technologie ist da, in allen Grössen Dezentrale Speichersteuerung funktioniert 9

10 Betriebswirtschaftliche Kosten (PV+Batterie vs. Netzbezug) Heute: PV + Batterie 35Rp./kWh Quelle: Basierend auf Fraunhofer ISE, Studie Stromgestehungskosten erneuerbare Energien, 2012 (adaptiert durch IE 800 Volllaststunden für PV angenommen) 10

11 BATTERY Pumpspeicherung vs. Salzbatterie CONSULT Stausee: 1000 Liter = kg fällt über m auf die Turbine Þ 2,7 kwh Gleiche Energie mit einer Salzbatterie: 2,3 kg Natriumchlorid (Speisesalz) + 1,1 kg Nickel We store solar energy with salt => 3,4 kg Aktives Material

12 Die Salzbatterie 2 NaCl + Ni NiCl2 + 2 Na Ni: Wh/kg -690 Wh/kg = -790 Wh/kg, OCV=2,58V Fe: Wh/kg Wh/kg = -719 Wh/kg, OCV=2,35V - + Bidirectional Inverter e- e- b -Al2O3 Charge: NiCl2 2e- Ni 2Cl2Na+ NaCl Na + Na NaCl NaAlCl4 + Additive 250 C Tubular cell BATTERY CONSULT Company Presentation

13 Vorteile der Salzbatterie vs. Lithium Sicherheit Günstige Rohstoffe 100% recyklierbar Betrieb und Lebensdauer unabhängig von Aussentemperatur Flachzellen-Design: einfach, günstig Integrierte Netzfreundliche Steuerung BATTERY CONSULT Company Presentation

14 Materialien in einer einzelnen Salzbatterie-Zelle

15 Stoffkreislauf der Salzbatterie von der Wiege bis zur Bahre 15

16 Battery Consult, Expert for Sodium Batteries Flachzelle: günstige Produktion (fig.1) Technologie-Transfer zu ITAIPU, Brasilien (fig.2) Prototyp einer neuen Hausspeicherbatterie mit Flachzellen Fig. 1: 17 Ah, 40 Wh Fig. 2: Zelle mit 50 Ah, 125 Wh BATTERY CONSULT Company Presentation 2017 Fig.: 3 Batterie mit 6,8 kwh 16

17 Battery Consult Bipolar Flat Plate Cell (FPC) FPC100 BATTERY CONSULT Company Presentation 2017 FPC30 17

18 ITAIPU

19 Brasilia

20 LeiseMelk 20

21 Hausspeicher Scuol 21

22 IndieWatt 1 22

23 IndieWatt 2 23

24 IndieWatt Eriz 24

25 Ab Ende 2017 Salzbatterie Hausspeicher 25