Stromspeicher für den mobilen Einsatz

Transkript

1 Stromspeicher für den mobilen Einsatz Potenziale von E-Fahrzeugen als Stromspeicher für das Energiesystem Vehicle-to-Grid (V2G) DI Dr Maximilian Kloess DI Dr Wolfgang Prüggler DI Rusbeh Rezania

2 Zentrale Fragen im Projekt: Welche Anforderungen muss eine Batterie erfüllen (Kosten & Zyklenfestigkeit) um V2G aus wirtschaftlicher Sicht zu rechtfertigen? Welche Speicherpotenziale ergeben sich durch V2G in Österreich? Basierend auf Verbreitungsszenarien?

3 Vehicle-to-grid Funktionsprinzip: η 58-73% η 90% η 65-85% Strom Strom Netzebene 7 Trafo

4 Vorläufige Ergebnisse Stand vom Technische und wirtschaftliche Voraussetzungen für Vehicle-to-grid Wirtschaftliche Betrachtung: Speichererträge Speicherkosten pout [ /kwh] Preis des verkauften Stroms pin [ /kwh] Preis des angekauften Stroms ηc [%] Ladewirkungsgrad ηdc [%] Entladewirkungsgrad BD [ /kwh] Batterieabnutzung D [ /kwh] Deckungsbeitrag Fahrzeugeigner (Anreiz) IC [ /kwh] Investitionskosten Z Zyklenlebensdauer Batterie Wirtschaftliche Faktoren: Strompreis (peak-/off-peak-spread) Wirkungsgrad Investitionskosten der Batterie Zyklen-Lebensdauer der Batterie

5 Zyklenlebensdauer Nutzbare Kapazität der Batterie - DOD: DOD depth of discharge (Entladetiefe) Verringerung der nutzbaren Kapazität der Batterie über die Lebensdauer: (LiFePo-Zelle im Fahrbetrieb) discharge DOD min nominal capacity usable capacity ( DOD) nutzbarer Bereich DOD max 0 test time (s) 7000 Quelle: Peterson et al. 2010

6 Vorläufige Ergebnisse Stand vom Zyklenlebensdauer/Speicherkosten Bewertung der Batterieabnutzung: Variante 1: Modell nach Rosenkranz (Lithium Ionen Akkus) Rosenkranz et al Fraunhofer 2008 BD [ /kwh] Batterieabnutzung IC [ /kwh] Investitionskosten Z Zyklenlebensdauer Batterie DOD [%] Entladetiefe /kwh /kwh Speicherkosten [ /MWh] /kwh /kwh /kwh 300 Betriebsbereich DoD

7 Vorläufige Ergebnisse Stand vom Zyklenlebensdauer/Speicherkosten Bewertung der Batterieabnutzung: Variante 2: Modell nach Peterson (Lithium Eisenphosphat Akkus) Siehe: Peterson et al Beispiel: LiFePo ,0027% 120 Speicherkosten [ /MWh] (V2G Betrieb) BDbat [ /MWh] Batterieabnutzung IK [ /kwh] Investitionskosten DOD [%] Entladetiefe DC bat Batterie Degradationskoeffizient Investitionskosten [ /kwh]

8 Speicherkosten [ /MWh] Vorläufige Ergebnisse Stand vom Speicherkosten V2G Vergleich mit stationären Tagesspeicher Preis Ladestrom: p in = 0 /Mwh in (Berechnung nach Peterson Modell) Investitionskosten 2010: /kwh Investitionskosten 2020: /kwh

9 Speicherwirkungsgrad (Zyklus) Vorläufige Ergebnisse Stand vom Speicherwirkungsgrad V2G (Zyklus) Vergleich mit stationären Tagesspeicher 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

10 Speicherpotentiale Österreich

11 vehicles Vorläufige Ergebnisse Stand vom Szenarien der Flottendurchdringung ELEK-TRA Szenario Modell: Szenario: Active Policy + Low Price PHEV + BEV: Flottenanteil: 2020: (0,2%) 2030: 1,7 mio (19,4%) 2040: 4,7 mio (62,2%) 2050: 5,2 mio (72,8%) Conventional Drive Micro-Hybrids Mild-Hybrid Full-Hybrid PHEV BEV + REX BEV Quelle: 2010

12 GW GWh Vorläufige Ergebnisse Stand vom V2G Speicherkapazitäten/Speicherpotentiale Kumulierte Anschlussleistung: Gesamte Ladeleistung/Rückspeisungsleistung aller EVs & PHEVs in der Flotte (alle Fahrzeuge am Netz) Ergebnisse Installierte Speicherkapazität: Gesamte Speicherkapazität der EVs & PHEVs in der Flotte (alle Fahrzeuge am Netz) Ergebnisse Spitzenlast 2010 (Winter) hohe Leistung, geringe Kapazität theoretische Werte! tatsächliche verfügbare Leistung & Kapazität sind vom Fahrprofil der EVs abhängig! detaillierte Simulation erforderlich (Projekt: V2G Strategies)

13 V2G Speicherkapazität Vergleich mit stationären Speichern: Anwendungsfall Tagesspeicher Leistung: Kapazität: 300 MW 2100 MWh EVs (3,7kw/Fahrzeug) 25,9 kwh/fahrzeug zu hoch! Annahme: Kapazität/Fahrzeug: 16 kwh nominal 12,8 kwh nutzbar Fahrzeuge

14 V2G Speicherkapazität Abschätzung der verfügbaren Speicherkapazität: Angeschlossene Fahrzeuge Annäherung Quelle: Leitinger 2011 (EA TU Wien)

15 Kapazität [MWh] Vorläufige Ergebnisse Stand vom V2G Speicherkapazität Verfügbare Speicherskapazität : morgens sollen alle Fahrzeug geladen sein! können/müssen Strom aufnehmen (leere Speicher von tägl. Fahrten) Gesamtkapazität Gesamtkapazität Kapazität geladen können Strom einspeisen bzw. zur Speicherbewirtschaftung verwendet werden Genaue Untersuchung von V2G nur anhand detaillierte Simulation möglich Projekt V2G Strategies

16 Schlussfolgerungen

17 Schlussfolgerungen Technische & Wirtschaftliche Anforderungen an Akkumulatoren V2G mit modernen Akkumulatoren technisch & wirtschaftlich darstellbar: hohe Zyklenfestigkeit geringe Speicherkosten Speicherpotentiale hohe kumulierte Leistung geringe Kapazität Speicherbewirtschaftung Erträge aus Speicherbewirtschaftung - Regelenergie - Preak-/Off-Peak-Spread Mögliche Senkung des Endverbraucherpreises der Mobilitätsdienstleistung Geschäftsmodelle

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! DI Dr Maximilian KLOESS DI Mag Dr Wolfgang PRÜGGLER DI Rusbeh REZANIA TU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Gusshausstraße 25-29, 1040 Wien,