Batteriespeicher für erneuerbare Energie - Chancen und Perspektiven -

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1 Batteriespeicher für erneuerbare Energie - Chancen und Perspektiven - Dr. Andreas Gutsch Competence E 1 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und Competence E nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Installierte Leistung / GW Installierte PV-Leistung in Deutschland Der Markt investiert erst oberhalb einer Rendite von ca. 6%. PV-Batteriesysteme werden damit auch konfrontiert Rendite > 12% Rendite < 5% Rendite < 8% Quelle: BMWi Jahr 2 HWK Freiburg 2013

3 Last/Erzeugung Das Grundkonzept PV-Batteriespeicher PV Hausnetz kw Verbrauch PV laden entladen Batterie- Speicher Wirtschaftlichkeit wird bestimmt durch: Systemdimensionierung (Leistungselektronik +Batterie in Relation zu Lastgang) Systemdesign (AC oder DC Kopplung) Systemsteuerung und Regelung im Hinblick auf maximalen Eigenverbrauch Lebensdauer der Batterie und Leistungselektronik 3 HWK Freiburg 2013

4 Cent/kWh Strompreise, PV-Herstellkosten, PV-Vergütung Ertrag Eigenverbrauch mit EEG EEG_30_10kWp EEG_100kWp Strompreis Privat Strompreis Gewerbe HK PV Jahr Ertrag-Eigenverbrauch ohne EEG Ertrag mit EEG Herstellkosten PV 4 HWK Freiburg 2013

5 Leistung Einsatz von (stationären) Batterien ist nicht neu Batterie DC-Bus Überwiegende Anwendungen heute: USV für Versorgung sensitiver Infrastruktur (Telekom, Krankenhaus, Server, Industrie) Off-Grid Power Supply (Signalanlagen, netzferne Gebiete) Initial und Back-Up Power (Schiff, Bahn, Flugzeug) Dominiert durch Bleibatterien Wechselrichter Steuerung entladen L1 L2 L3 N laden Zeit 5 HWK Freiburg 2013

6 Leistung Betriebsprofil und Energiekosten aus Batterie Zeit Energiekosten = Investkosten + Wartungskosten + Zins Vollzyklenäquivalent bis EOL + Energieerzeugungskosten Systemwirkungsgrad Speicherkosten Erzeugungskosten Beispiel USV: Investkosten: 1200 /kwh Vollzyklenäquivalent: 200 Speicherkosten = 6 /kwh 6 HWK Freiburg 2013

7 Speicherkosten in /kwh bis EOL Speicherkosten heutiger Anwendungen USV Invest 1200 /kwh Invest 600 /kwh Initial und Back-Up Power, Off Grid Zielkosten PV stat. Speicher 0,2 /kwh Vollzyklenäquivalent bis EOL 7 HWK Freiburg 2013

8 Anforderung stat. Batterien PV ohne EEG : System in der Anwendung muss vollständig optimiert sein auf Minimierung der Energiekosten Energiekosten = Investkosten + Wartungskosten + Zins Vollzyklenäquivalent bis EOL + Energieerzeugungskosten Systemwirkungsgrad Speicherkosten Erzeugungskosten Profitabilität wird von 2 Kriterien dominiert Verfügbarkeit des Systems bis EOL Energiekosten gemäß o.a. Darstellung Qualität Total Cost of Ownership (TCO) 8 HWK Freiburg 2013

9 Speicherkosten in /kwh bis EOL Wirtschaftliche Speicherkosten PV ohne EEG 0,4 Invest 1200 /kwh 0,3 Invest 600 /kwh 0,2 0,1 Hohe Auslastung der Batterie ist entscheidend 0, Vollzyklenäquivalent bis EOL 9 HWK Freiburg 2013

10 Leistung Optimales Betriebsprofil stat. Speicher Li-Ion Zeit Energiekosten = Investkosten + Wartungskosten + Zins Vollzyklenäquivalent bis EOL + Energieerzeugungskosten Systemwirkungsgrad Speicherkosten Erzeugungskosten? Erhöhte Wirtschaftlichkeit bei negativen Kosten Regelenergie 10 HWK Freiburg 2013

11 Produkteigenschaften verschiedener Batterien Batterietypen Blei Li-Ionen Redox Flow Industrieller Reifegrad + o - Wartungsaufwand Sicherheit + o + Verfügbarkeit Invest-Kosten /kwh Zyklenfestigkeit 1C/80%DOD Kommerziell kleinste Einheit <1 kwh <2 kwh < 50 kwh 11 HWK Freiburg 2013

12 Energiekosten in /kwh bis EOL Energiekosten PV und Batterie 0,7 Kosten heute 0,6 0,5 Zielkosten 0,4 0,3 Privatkunde in D 0,2 0,1 Li-Ion 600 Redox Flow 600 Blei 300 Li-Ion 1200 Redox Flow 1200 Blei 600 Gewerbekunde in D Batterie Typ und Investkosten in /kwh 12 HWK Freiburg 2013

13 Energieertrag / kwh Systemdimensionierung PV und Batterie 100% faktische Autarkie => hoher PV Überschuss, höchste Batterieauslastung PV Überschuss Jahresmittel d. Erzeugung Jahresmittel Verbrauch 365 Vollzyklen p.a Monat Monatsmittel tägliche Erzeugung 13 HWK Freiburg 2013

14 Energieertrag / kwh Systemdimensionierung PV und Batterie 100 % bilanzielle Autarkie reduziert Batterieauslastung und PV Überschuss PV Überschuss Jahresmittel Verbrauch Jahresmittel d. Erzeugung ca. 250 Vollzyklen p.a Monat Monatsmittel tägliche Erzeugung 14 HWK Freiburg 2013

15 Energieertrag / kwh Systemdimensionierung PV und Batterie 65 % bilanzielle Autarkie reduziert Batterieauslastung, PV Überschuss ca. Null Jahresmittel Verbrauch Jahresmittel d. Erzeugung ca. 140 Vollzyklen p.a Monat Monatsmittel tägliche Erzeugung 15 HWK Freiburg 2013

16 Förderung Batt in /kwp-pv BMU Speicherförderung Gültig bis 30 kwp-pv, Förderung bezieht sich immer auf PV Peak Leistung kwp PV Förderung Batterie /kwp-pv 100,0 90,0 80, Förderung Batteriekosten in % bis max 2000 /kwp-pv Eff. Stromkosten o. Zins und Wartung für Batteriepreis = 2000 /kwh, 20 Jahre 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Verhältnis Batt Kapa(kWh) / PV-Peak (kw) 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 16 HWK Freiburg 2013

17 kwh/(kw_peak Tag) Tagesertrag in kwh pro kw Peak PV: Ort Karlsruhe März bis September müssen mindestens ca. 1kWh pro Tag und kw peak im Eigenverbrauch liegen sonst würde Kappung der Netzeinspeisung greifen. 4,50 4,00 3,50 Einspeisung ohne Kappung 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 - Einspeisung mit Kappung bei 60% PV Peakleistung kwh/kwp/tag Zul Ertrag(60%) Monat 17 HWK Freiburg 2013

18 PV und Speicher (BESS) am KIT BESS System kommerziell verfügbar ab Q von: ( Power-Modul bis 250 kw Batterie-Modul bis 300 kwh PV 36 kwp 18 HWK Freiburg 2013