Eigenverbrauch von PV- Strom

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1 Eigenverbrauch von PV- Strom Fokus: Private Haushalte 2. Nationaler Kongress der erneuerbaren Energien und der Energieeffizienz Landhaus Solothurn, Mark Bost Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW), Berlin

2 Das IÖW: Forschen für nachhaltiges Wirtschaften Institut für ökologische Wirtschaftsforschung GmbH, gemeinnützig Unabhängiges, praxisnahes Forschungs- und Beratungsinstitut seit 1985 Hauptsitz Berlin, Geschäftsstelle in Heidelberg Abteilung Nachhaltige Energiewirtschaft und Klimaschutz mit Vielzahl von Aktivitäten im Bereich Erneuerbarer Energien und nachhaltiger Energienutzung z.b. Kommunale Wertschöpfung durch Erneuerbare Energien seit 2010 è viele Folgeprojekte, u.a. Online-Rechner (2012) * Abteilungsleiter: Prof. Dr. Bernd Hirschl (Stiftungsprofessur Management regionaler Energieversorgungsstrukturen an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus Senftenberg) 2 *)

3 Inhalt I. Hintergrund & Fragestellungen II. Bisherige Untersuchungen: Methodik III. Ergebnisse (Auszüge) Eigenverbrauchs- & Lastverschiebungs-Potenziale IV. Exkurse Wirtschaftliche Aspekte, Netzparität auf Großhandelsebene, Netzparität in Europa V. Mögliche Folgen VI. Ausblick & Folgevorhaben 3

4 I. Hintergrund: Eigenverbrauch von Strom Varianten Eigenverbrauch = Verbrauch von selbst erzeugtem Strom durch eigene Anlagen im räumlichen Zusammenhang ohne öffentliches Stromnetz Industrieller Eigenverbrauch Existiert seit Bestehen deutscher Industrieunternehmen Meist KWK-Kraftwerke für Strom & Prozesswärme PV-Eigenverbrauch Varianten: Netzautarke Anlagen (in BRD vernachlässigbarer Ausnahmefall) Netzgekoppelte Anlagen Formal im deutschen EEG* seit 2009 (Bonus-Regelung) Seit 2012 durch Netzparität zunehmend attraktiv è Neue Option für Haushalte und Gewerbe Prognose 2014 ca.: 44,3 TWh (8,4 %)** 2,8 TWh (0,5 %)** 4 *) EEG = Deutsches Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien **) Anteil am gesamten deutschen Letztverbrauch

5 I. Hintergrund: PV- & EE-Ausbau in Deutschland / Photovoltaik [GW] 1,1 2,1 2,9 4,2 6,1 10,6 17,6 25,0 32,6 35,7 Photovoltaik [TWh] 0,6 1,3 2,2 3,1 4,4 6,6 11,7 19,3 28,0 30,6 PV-Anteil an EE-Strom [%] 1,0 2,1 3,1 3,5 4,8 7,0 11,2 15,7 20,6 21,8 Anteil EE-Strom [%] (bzgl. Bruttostromverbrauch) 9,2 10,1 11,6 14,3 15,1 16,4 17,1 20,5 22,9 >25 EEG-Umlage [ct/kwh] 0,58 0,68 0,88 1,02 1,12 1,13 2,05 3,53 3,59 5,28 6,24 Inst. PV-Leistung [GW]

6 I. Hintergrund: Netzparität für Haushalte - 75 % (-14,33 % p.a.) + 61 % (+ 5,44 % p.a.) 6 è Durch zunehmende Preisschere wird Stromerzeugung mit Eigenverbrauch attraktiver! è 2014 soll der PV-Eigenverbrauch schätzungsweise 2,8 TWh betragen [r2b 2013] **) Deutsches EEG: bis 2011 für PV-Anlagen bis 30 kwp, seit 2012 für Anlagen bis 10 kwp

7 I. Hintergrund: Begriffsvielfalt Netzparität (NP) / grid parity 1. Zunächst: NP auf Verbraucherebene (è grid parity retail) PV-Stromgestehungskosten = Strombezugspreis (Arbeitspreis) Mgl. Bezugspreise [ct/kwh]*: Haushalte (22 28) > Gewerbe (14 24) > Industrie (5 16) 2. Später: NP auf Großhandelsebene (è grid parity wholesale) PV-Stromgestehungskosten = Großhandelsstrompreis (3 6 ct/kwh*) Mgl. Bezugspreise: Verschiedene Börsenstrompreise; mit/ohne CO 2 -Kompensationskosten Kosten & weitere Parameter: Investitionskosten mit/ohne Energiemanagement/Speicher, Rendite, Finanzierung, Nutzungsdauer, Solarstrahlung, Effizienz, Eigenverbrauchsanteil, Was passiert mit Überschüssen? è Einspeisevorrang & Vergütungshöhe?!? è Netzparität abhängig von Region, Zielgruppe & System è EPIA hat 7 unterschiedliche Definitionen für grid parity ** 7 *) BRD 2012/2013 **) EPIA 2011: Overview Of Parameters To Be Considered For The Creation Of The Definition Of Grid Parity. PV PARITY / European Photovoltaic Industry Association (EPIA). September

8 I. Hintergrund: Von der Netzparität zum Eigenverbrauch Netzparität ist wichtigster Treiber für Eigenverbrauch Welche Eigenverbrauchs- und Eigendeckungsanteile können real erzielt werden? Einfluss unterschiedlicher Parameter auf Eigenverbrauch und Wirtschaftlichkeit (Haushaltsgröße, Verbraucherverhalten, Anlagenertrag (bzw. Standorteinfluss), Stromspeicher) Erste Untersuchung im Rahmen einer Studie im Auftrag von Greenpeace Energy: Bost, Hirschl, Aretz (2011): Effekte von Eigenverbrauch und Netzparität bei der Photovoltaik (Download unter Weiterführende Untersuchungen in aktuellen Forschungsprojekten 8

9 II. Methodischer Ansatz: Zeitlich hoch aufgelöste Simulation von Haushalten Anlagengröße (Ertrag): 3 5 kwp (2,7 4,5 MWh/a) Haushaltsgröße: 2 / 4 Personen (3.000 / kwh/a) Speicherkapazität: 2,5 / 5 / 7,5 / 10 / 15 kwh (90 % Effizienz) Nutzerverhalten: Lastverschiebung (systematisch / smart) Energieeffiziente Produkte: Verbrauch -40 % Hohe zeitliche Auflösung (1 min-takt): Reale PV-Ertragsdaten über ein Jahr Modellierte Nutzung von 32 Geräten im Haushalt z.t. individuelle Lastprofile gem. eigenen Messungen è Berücksichtigung saisonaler & kurzzeitiger Schwankungen (z.b. Wolkenzug etc.) Leistung [W] Lastprofil Waschmaschine (Koch-/Buntwäsche 60 C) Leistung W kum. kwh t [min] Kum. Stromverbrauch [kwh] 9

10 10 II. Methodik: Beispiel der PV-Erträge und Verbräuche

11 III. Ergebnisse: PV Eigenverbrauch (Auszug) 2,7 MWh/a (ca. 3 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., Status Quo 32,1% 68,4% 95,6% 99,4% 2,7 MWh/a (ca. 3 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., systematisch optimiert 39,6% 77,4% 97,5% 99,5% 2,7 MWh/a (ca. 3 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., Smart 42,4% 80,3% 97,6% 99,5% + 3,6 MWh/a (ca. 4 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., Status Quo 3,6 MWh/a (ca. 4 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., systematisch optimiert 3,6 MWh/a (ca. 4 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., Smart 27,4% 34,5% 37,1% 56,8% 64,9% 67,5% 84,5% 92,0% 87,5% 92,0% 88,2% 92,0% Ohne Speicher 2,5 kwh Speicher 5,0 kwh Speicher 7,5 kwh Speicher 10 kwh Speicher 15 kwh Speicher 4,5 MWh/a (ca. 5 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., Status Quo 24,1% 48,5% 73,4% 82,8% 4,5 MWh/a (ca. 5 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., systematisch optimiert 30,4% 55,6% 76,6% 83,2% 11 4,5 MWh/a (ca. 5 kwp) 4 Pers., Durchschnittverbr., Smart 32,6% 57,8% 77,6% 83,3% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Eigenverbrauchsanteil

12 III. Ergebnisse bzgl. Eigenverbrauch (EV) EV ohne techn. Maßnahmen i.d.r. < 30% è è Großteil muss weiter eingespeist werden EEG-Förderung & Regulierung bleiben wichtig! 2. Steigerungspotenzial für die Eigenverbrauchsquote ~ Hohe Verbräuche (HH-Größe, Geräte, ) è 5 10%-Pkte. Geringe Erträge (Anlagengröße, spezif. Ertrag ) è 2 20%-Pkte. Lastverschiebung è 2 10%-Pkte. Mehrinvestition für smart lohnt derzeit nicht 3. Speicher können den EV auf 40 bis über 90 % erhöhen Erst Speicher ermöglichen Unabhängigkeit von Einspeisevergütung Mittlerweile ca. 200 PV-Speicher am deutschen Markt Derzeit allerdings noch viel zu teuer (0,24 0,82 /kwh) Netzparität inkl. Speicher vor 2020 mgl. Verbrauch Ertrag

13 III. Mögliche Speicherproblematik August PV-Ertrag [W] Last [W] -500 Di Mi Do Fr Sa Last [W] Tag Last [W] 5000 kwh è Speicherbetrieb zur Eigenverbrauchsoptimierung kann bei vollen Speichern zu extremen Einspeisepeaks führen è Konflikt: Eigenverbrauchsoptimierung vs. Netzintegration è Sinnvolle Betriebsführung wichtig

14 IV. Exkurs: Wirtschaftliche Effekte Eigenverbrauch kann EEG-Umlage ohne Speicher um 6 20% oder mit Speicher um 18 40% reduzieren Grobe Abschätzung für 1 GW PV-Neuinstallation mit 30% Eigenverbrauch: Strompreis-Zusammensetzung BRD (ISE 2013): Strompreisbestandteile Mio. Anteil am Netzentgelte -11,9 Gesamtaufkommen Konzessionsabgabe -3,5-0,10% KWK-Umlage -0,3-0,04% Stromsteuer -4,1-0,07% Summe Mindereinnahmen -19,8 EEG-Einsparungen 16,7 0,35% Saldo -3,1 14 è EV kann trotz geringer EEG-Umlage zu steigenden Systemkosten für die Allgemeinheit führen è Zusätzliches Konfliktpotenzial

15 IV. Exkurs: Netzparität auf Großhandelsebene auf Haushaltsebene und für einige Gewerbe schon heute 15 Hier: PV-Freiflächenanlagen in BRD mit 25 Jahren Nutzungsdauer Abb.: Kost et al. (2012): Stromgestehungskosten erneuerbare Energien. Fraunhofer ISE, Mai.

16 V. Mögliche Folgen von Netzparität & Eigenverbrauch Folgen teils stark abhängig von künftigen Rahmenbedingungen (z.b. Abnahme- und Liefergarantien, Förderung, Tarife, ) Motivation zu höherem Eigenverbrauch (EV) Lastverschiebungen è pauschal / smart D / C Evtl. zusätzliche / ineffiziente Verbraucher (z.b. elektr. Warmwasserbereitung/Heizung, ) Nutzung von Speichern è Betreiber- / Netzoptimiert D / C Evtl. kleinere PV-Anlagen Neue Geschäfts- & Nutzungsmodelle, z.b. Direktvermarktung, gemeinschaftliche Nutzung von PV-Anlagen, Pooling D 16 Potenziale vor allem beim Gewerbe (Last ~ PV-Ertrag) è Netz behält Pufferfunktion, deren Preis/kWh mit zunehmenden Eigenverbrauch steigt è Abrechnung?

17 VI. Ausblick / Folgevorhaben Forschungsbedarf / Folgevorhaben zu dezentralen PV-Speichern: 1. Ermittlung sinnvoller Einbindungsmodelle Berücksichtigung der Effekte auf allen Netzebenen Implementierung sinnvoller Speicher-Betriebsweisen 2. Entwicklung sinnvoller Rahmenbedingungen / Fördermodelle / Marktdesigns 3. Untersuchung der Akzeptanz & Investitionsbereitschaft privater Investoren 4. Betrachtung sozial-ökologischer Faktoren 17

18 Projekt PV-Nutzen Titel: Analyse des betriebswirtschaftlichen, volkswirtschaftlichen, technischen und ökologischen Nutzens von Speichern in netzgekoppelten Photovoltaik- Anlagen (12/2012 5/2015) Gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Berlin Partner: Ziele: ISEA Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe der RWTH Aachen (Gesamt-Leitung) IFHT Institut für Hochspannungstechnik der RWTH Aachen Ermittlung von Betriebsweisen für PV-Batteriespeicher, welche einen positiven systemischen Gesamtnutzen sicherstellen 18 Ableitung von Empfehlungen für geeignete Rahmenbedingungen

19 Projekt Prosumer-Haushalte 19 Titel: Private Haushalte als neue Schlüsselakteure einer Transformation des Energiesystems Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Berlin (4/ /2016) Partner: Ziele: FCN Institute for Future Energy Consumer Needs der RWTH Aachen (Gesamt-Leitung) GWS Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung mbh, Osnabrück Praxisbeirat: Trianel, HSE, Energy Hills, BMU, UBA Ergänzung eines Energiewirtschaftsmodells um Prosumer Ableitung von Empfehlungen für eine sozial-ökologisch orientierte Förderpolitik

20 Vielen Dank Mark Bost IÖW Institut für ökologische Wirtschaftsforschung, Berlin, Deutschland