ENERGIESPEICHER EINE ENTSCHEIDENDE SÄULE DER ENERGIEWENDE

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1 ENERGIESPEICHER EINE ENTSCHEIDENDE SÄULE DER ENERGIEWENDE BUNDESVERBAND ENERGIESPEICHER CEB CLEAN ENERGY BUILDING Stromspeicher in Gebäuden 22. Mai 2015 Miriam Hegner, Referentin Arbeitsgruppen BVES

2 2 Übersicht Vorstellung des BVES Aktueller Stand der Energiewende Energiespeicher als entscheidende Säule der Energiewende Definition Technologien Anwendungen Wirtschaftlichkeit Derzeitiger gesetzlicher Rahmen und erforderliche Anpassung Aktivitäten des BVES zu aktuellen Themen Zusammenfassung

3 3 Der Der Bundesverband Energiespeicher (BVES) vertritt die Interessen von Unternehmen aus verschiedensten Branchen, die das gemeinsame Ziel der Entwicklung Und Vermarktung von Energiespeichern in den Bereichen Strom, Wärme und Mobilität verfolgen. Energiewende = Stromwende + Wärmewende + Mobilitätswende Als technologieoffener Industrie-Verband vertritt der BVES die Interessen der Speicherbranche gegenüber Politik, Verwaltung, Wissenschaft und Öffentlichkeit und unterstützt seine Mitglieder mit gezielter Öffentlichkeitsarbeit. Lobbyverband

4 4 Branchenübergreifend aufgestellt: Unsere Mitglieder (Auszug)

5 5 Weltweit gut aufgestellt: Unsere Kooperationspartner

6 6 Deutschlands Ziele der Energiewende CO 2 : - 40% bis % bis 2050 Erneuerbare: 35% bis % bis 2050 Maßnahmen: massiver Ausbau der Erneuerbaren und der Netze Probleme: Steigender Widerstand gegen den Netzausbau und gegen Windparks in der Nachbarschaft

7 7 Aktuelle Situation der Energiewende 27% des Energiebedarfs werden bereits aus erneuerbaren Quellen gedeckt, in manchen Regionen bis zu 80% oder sogar %. Das Netz kann die zunehmende Menge an fluktuierenden erneuerbaren Energien nicht mehr aufnehmen. Die Lösung sind bereits heute Speicher, die auf allen Ebenen flexibel, kostengünstig und dezentral Dienstleistungen zur Systemsicherheit bereitstellen.

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9 9 Fähigkeiten von Speichern Stabilisierung des Energiesystems: Netzsicherheit, Netzentlastung Preisdämpfung am Strommarkt durch den Ausgleich von Überangebot und Knappheit Versorgungssicherheit: Alternative zu fossilen Rohstoffreserven, Reduzierung von Importabhängigkeit Effizienzsteigerung: Erhöhung des Nutzungsgrads von EE- Anlagen und Nutzung der Überschüsse Bindeglied zur Vernetzung verschiedener Energiesektoren: Wärme, Strom, Treibstoff Speicher sind bereits heute eine Säule der Versorgungssicherheit für Strom und Wärme.

10 10 Definition Energiespeicher Was ist ein Energiespeicher? Ein Energiespeicher kann Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben. Der Speicherprozess besteht prinzipiell aus drei Schritten: Dem Laden, dem eigentlichen Speichern und dem Entladen. Nach dem Entladen kann ein Energiespeicher erneut geladen werden. Was wird gespeichert? Die Energieform (Elektrizität, Wärme, Kälte, mechanische Energie, chemische Energie), die ein Energiespeicher aufnimmt, wird in der Regel auch wieder abgegeben. Allerdings wird häufig die geladene Energieform zur Speicherung in eine andere umgewandelt (z.b. Pumpspeicherwerk, Batterie). Zum Entladen wird sie dann wieder in der ursprünglichen Form bereitgestellt, oder in manchen Ausprägungen auch in der Form der Speicherung bereitgestellt, z.b. Power-to-Gas oder Power-to-Heat.

11 11 Definition Energiespeicher Zusammenhang zwischen Energiespeichern und ihren Anwendungen Die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an den Speicher werden durch die tatsächliche Anwendung des Speichers im Versorgungssystem bestimmt. Daher ist eine Beurteilung verschiedener Speichertechnologien (und ein Vergleich) nur anhand konkreter Anwendungen möglich. Die Anwendung gibt technische Anforderungen vor (Energieform, Einund Ausspeicherleistung, Speicherkapazität, Reaktionszeit). Die Anwendung legt auch das ökonomische Umfeld fest (z.b. welche Energiepreise können angesetzt werden, welche Nutzungsdauer wird erreicht, etc.).

12 Technologien 12 Speicherung elektrischer Energie Super-conducting Magnetic Energy Storage (SMES) Super-Kondensatoren Speicherung elektro-chemischer Energie Lithium-Ionen Batterien Natrium-Sulfid Batterien (NaS-Cells) Blei-Säure Batterien Redox-Flow Batterien Speicherung mechanischer Energie Pumpspeicherwerke Druckluftspeicher(CAES) Schwungräder

13 Technologien Thermische Energiespeicher Speicherung sensibler Wärme 13 Speicherung latenter Wärme ZAE Bayern Warmwasser-Speicher Erdwärmesonden u.ä. (Underground Thermal Energy Storage, UTES) ZAE Bayern Thermo-chemische Energiespeicherung ZAE Bayern Makro- / Mikroverkapselte Phasen- Wechsel-Materialien (PCM), Slurries Adsorptions- (Zeolith) und Absorptions-Speicher (LiCl) Thermo-chemische Materialien (TCM)

14 Chemische Energiespeicher Produktion und Speicherung von Wasserstoff. Wasserstoff ist der energiereichste Kraftstoff (in Relation zur Masse) Verlustfreie Langzeitspeicherung Produktion von Strom mit Brennstoffzelle / H 2 -Turbine 14

15 Vergleich: Energiespeicher-Technologien 15 Storage technology Storage Mechanism Power Capacity Storage Period Density Efficiency Lifetime Cost MW MWh time kwh/ton kwh/m 3 % # cycles $/kw $/kwh /kwhdelivered Lithium Ion (Li Ion) Sodium Sulfur (NAS) battery Lead Acid battery Redox/Flow battery Compressed air energy storage (CAES) Pumped hydro energy storage (PHES) Electrochemical Electrochemical Electrochemical Electrochemical < 1,7 < 22 day - month ,89-0, day ,75-0, < 30 day - month ,65-0, < 7 < 10 day - month ,72-0,85 Mechanical day - Mechanical day - month 0,27 at 100m Hydrogen Chemical varies varies indefinite at bar 0,4-0,75 0,27 at 100m 0,63-0, ,1-18 0,22-0, Methane Chemical varies varies indefinite at 1 bar 0,24-0, Sensible storage - Water Thermal < 10 < 100 hour - year < 60 0,5-0,9 ~5000-0,1-13 0,01 Phase change materials (PCM) Thermochemical storage (TCS) 2,7-160 at 1 Vergleich verschiedener Speichertechnologien bar ist schwierig. Die Eigenschaften eines Speichers hängen stark von der tatsächlichen Anwendung ab! Thermal < 10 < 10 hour - week < 120 0,75-0,9 ~ ,3-6 Thermal < 1 < 10 hour - week ,8-1 ~

16 Energiespeicher für die Energiewende 16 Integration Erneuerbarer Energien Integration Erneuerbarer Elektrizität Netzstabilität Frequenzregelung Spannungshaltung Leistungsausgleich/SRL Netzausgleich (Energie) positive/negative Regelenergie Peak Shaving Eigenverbrauch, Inselbetrieb, Demand Side Integration Verschiebbare Last Sicherheit, Back-up Integration Solarer Wärme Solarthermische Kraftwerke Solare Prozesswärme Solarthermie für Heizung/ Warmwasser Steigerung der Energieeffizienz Industrielle Prozesse Abwärmenutzung Rekuperation mechanischer Energie Gebäude Heiz- und Kühlbedarf Tag/Nacht-Ausgleich Sommer/Winter-Ausgleich Elektrizitätserzeugung Fossile Kraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung Mobilität Antrieb Heizung / Klimatisierung EES TES EES/TES/CES

17 und wo im Netz? 17 Zentrale Speicher Pumpspeicher Wasserstofferzeugung Druckluftspeicher Dezentrale (große) Speicher Blei-Akkumulatoren NaS Batterien Redox-Flow Batterien Dezentrale (elektr.) Speicher Lithium-Ionen-Batterie Blei-Akkumulatoren NiMh-, NiCd Batterien Dezentrale (therm.) Speicher Wärmepumpen + Thermische Speicher KWK/KWKK + Thermische Speicher

18 18 Speicher lösen dezentral Probleme im Netz Solange unser Netz nicht perfekt ist, können dezentrale Speicher durch verschiedene Systemdienstleistungen wie Peak-Shaving Bereitstellung von Regelenergie Erhöhung des Eigenverbrauchs Umwandlung von Strom zu Wärme/Kälte zur Spannungs- und Frequenzhaltung beitragen und somit lokale Überlastungen vermeiden.

19 Zeitlicher Ausgleich von Bereitstellung und Bedarf 19 Leistungsspeicher Energiespeicher z. B. Regelleistung z.b. Peak Shaving / verschiebbare Last

20 Konstante Bereitstellung Zeitlicher Ausgleich von Bereitstellung und Bedarf Variable Bereitstellung 20

21 Anwendung: Langzeitspeicherung 21 Storage technology Storage Mechanism Power Capacity Storage Period Density Efficiency Lifetime Cost MW MWh time kwh/ton kwh/m 3 % # cycles $/kw $/kwh /kwhdelivered Lithium Ion (Li Ion) Sodium Sulfur (NAS) battery Lead Acid battery Redox/Flow battery Compressed air energy storage (CAES) Pumped hydro energy storage (PHES) Electrochemical Electrochemical Electrochemical Electrochemical < 1,7 < 22 day - month ,89-0, day ,75-0, < 30 day - month ,65-0,85 < 7 < 10 day - month ,72-0,85 Mechanical day - Mechanical day - month 0,27 at 100m Hydrogen Chemical varies varies indefinite at bar 0,4-0,75 0,27 at 100m 0,63-0,85 2,7-160 at bar ,22-0, , Methane Chemical varies varies indefinite at 1 bar 0,24-0, Sensible storage - Water Thermal < 10 < 100 hour - year < 60 0,5-0,9 ~5000-0,1-13 0,01 Phase change materials (PCM) Thermochemical storage (TCS) Thermal < 10 < 10 hour - week < 120 0,75-0,9 ~ ,3-6 Thermal < 1 < 10 hour - week ,8-1 ~

22 Anwendung: Langzeitspeicherung 22 Methan ( Power-2-Gas ) Effizienz: gesamt 61.7 % Treibstoff: Gesamteffizienz 60% Elektrizität (BSZ): Gesamteffizienz 30 % Heizen: Gesamteffizienz 60 %

23 Anwendung: Langzeitspeicherung 23 Heisses Wasser Effizienz: gesamt ~ 225% Effizienz: Wärmepumpe ~ 300 % ZAE Bayern Speicher ~ 75 % Treibstoff: Nicht möglich! Elektrizität (BSZ): Nicht möglich! Heizen: Gesamteffizienz 225 %

24 Das heißt 24 Wichtig: Die gesamt Effizienzkette muss berücksichtigt werden! Die benötigte Endenergie spielt bei der Wahl der Speichertechnologie eine Rolle! Das geeignetste Speicherverfahren sollte für die tatsächliche Anwendung identifiziert werden!

25 Wirtschaftlichkeit 25 Die Wirtschaftlichkeit eines Energiespeichers hängt ab von Investitionskosten des Speichersystems Zahl der Speicherzyklen (pro Zeit) und damit der bereit gestellten Energie Preis der ersetzten Energie (Strom, Kraftstoff, Wärme, ) /kwh 250 /kwh 100 /kwh ZAE Bayern 2,0 /kwh ZAE Bayern

26 Speicher sind sauber Tragen Energiespeicher zur Integration erneuerbarer Energien und zur Steigerung der Energieeffizienz bei, ist die von ihnen bereit gestellte Energie CO 2 -neutral. Steigende Preise der CO 2 -Zertifikate würden die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern unterstützen. z.b. Regelleistung Bundesverband Energiespeicher e.

27 Speicher sind marktreif Keine Subventionen, keine Markteinführung notwendig 27 Wenn rechtliche und ordnungspolitische Rahmenbedingungen klar sind, sind Speicher konkurrenzfähig Japan: Eisspeicher zur Klimatisierung wg. hohem Strompreis in Peak-Stunden

28 Praxisbeispiele WEMAG Batteriekraftwerk 28 5 MWh Kapazität, zum kurzfristigen Ausgleich von Netzschwankungen durch Sonnen- und Windenergie, kommerziell rentabel ab Inbetriebnahme durch Teilnahme am Primärregelenergiemarkt Digitale Steuerung sehr schnelle Bereitstellung der Ausgleichseenergie Keine Mindesterzeugung Regelungspotenzial einer 10fach größeren Konventionellen Turbine Bis zu 90fache Verringerung des CO 2 Ausstoßes im Vgl. zu Kohlekraftwerken MVV/ads-tec Strombank Batteriespeicher 116 kwh Batteriespeicher als Quartierspeicher zur effizienten Nutzung von Strom aus lokaler Erzeugung ( Ein Girokonto für erneuerbare Energie )

29 Praxisbeispiele 29 SWARM (Storage with Amply Redundant Megawatt) Projekt de Caterva GmbH und N-ERGIE Aktiengesellschaft Regelleistungsfähige Energiespeichersysteme ( ESS ) für Haushalte mit PV-Anlagen zu einer relativ günstigen Miete ESS - Li-Ionen Akku von Saft - mit 21 kwh Kapazität und 20 kw Leistung ist vernetzter Stromspeicher Anteil der Eigenstromversorgung auf bis zu 80 Prozent steigerbar im Durchschnitt 2000 kwh/a mehr Eigenverbrauch statt Einspeisung pro Haushalt Gleichzeitig Primärregelleistung zur Stabilisierung des deutschen Stromnetzes Unterstützung der Energiewende Ab Sommer 2015 ein Megawatt Primärregelleistung am Markt 65 ESS mit in Summe 1,3 MW Leistung in Nordbayern installiert

30 Praxisbeispiele 30 P2G-Anlage Falkenhagen, E.ON (seit 2013) 2MW Leistung (Produktion von 360 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde) Einspeisung von überschüssigem Windstrom ins Erdgasnetz damit Anwendung im Wärmemarkt, in der Industrie, in der Mobilität und bei der Stromerzeugung P2G im Energiepark Mainz (Start 2015) Siemens, Linde Group, Hochschule Rhein-Main, Stadtwerke Mainz Schnelle Reaktionszeit des Elektrolyseurs Bereitstellung von negativer Sekundär- bzw. Tertiärregelleistung zur Stabilisierung des Stromnetzes. Wasserstoff Abtransport und Einsatz als Kraftstoff im Automobilsektor oder Rohstoff in der chemischen Industrie oder Erdgasnetz CO 2 -Einsparungen in Höhe von 130 bis 300 kg CO 2 pro MWh Strom. Wirtschaftlichkeit durch Verkauf des Wasserstoffs und durch das Anbieten von Systemdienstleistungen

31 Praxisbeispiele 31 Pumpspeicherwerk Goldisthal in Thüringen In Betrieb seit 2003, betrieben von Vattenfall Hoher Wirkungsgrad, große Kapazität, hohe Reaktionsgeschwindigkeit In ca. 100 Sekunden auf vollem Pump- bzw. Turbinenbetrieb Gesamte Bandbreite für den Netzbetreiber unverzichtbarer Systemdienstleistungen (Regelenergiemarkt und systemdienliche Leistungen). Stabilität und Wirtschaftlichkeit innerhalb des Stromsektors (Power-to-Power) Bereitstellung von Primär- und Sekundärregelenergie gleichen Lastschwankungen im Übertragungsnetz aus Vorhaltung von Minuten- und Dauerreserveleistung wesentlicher Beitrag zur Versorgungssicherheit

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33 33 Derzeitiger gesetzlicher Rahmen und erforderliche Anpassung

34 34 Aktuelle Situation der Energiespeicher Energiewende bottom-up Es gibt keine klaren gesetzlichen Rahmenbedingungen Plan der Regierung: 1. Netzausbau 2. Demand side management 3. Energiespeicher(2050) Es gibt immer mehr Projekte im regionalen Energiemarkt Es gibt immer mehr PV Anlagen und kleine Hausspeicher

35 35 Aktuelle Situation der Energiespeicher Hindernisse Energiespeicher werden als Letztverbraucher eingestuft und als solche mit doppelten Abgaben belastet Stromspeicher sowie ihre Marktrolle sind nicht klar definiert Die Aufgaben und Befugnisse der Netzbetreiber sind nicht eindeutig geklärt Präqualifizierung: Die ÜNB erstellen die Regeln, wer in ihrem Netz agieren darf Speichern droht durch neue Präqualifizierungs-Kriterien weitere Benachteiligung

36 36 Zentrale politische Forderungen: Faire Marktbedingungen für Speicher als Schlüsseltechnologie für ein dezentrales zukunftsfähiges Energiesystem

37 37 Zentrale politische Forderungen: Energiespeicher benötigen einen diskriminierungsfreien Zugang zu allen Marktsegmenten Energiespeicher benötigen marktorientierte und technologieneutrale Rahmenbedingungen, die Anreize für Investitionen in neue Technologien, Innovationen und Geschäftsmodelle setzen Es muss klare und transparente Regeln für die Präqualifizierung geben Die Marktrolle de Speicher muss klar definiert werden Die Abgabenlast für Energiespeicher muss klar und fair definiert werden (Reichweite von 118 Abs. 6 EnWG)

38 38 Aktuelle Projekte und Arbeitsgruppen des BVES (Auszug) Stellungnahme Weißbuch/EnWG Positionspapier Präqualifizierung Sicherheit und Qualität: Sicherheitsleitfaden Li-Ionen Hausspeicher Leitfaden Rahmenanforderungen Großspeicher Li-Ionen Qualitätskriterien für Li-Ionen Hausspeicher Erstellung von Fact Sheets zu Technologien und Anwendungen

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40 40 Zusammenfassung Speicher sind marktreif! Zahlreiche Technologien stehen zur Verfügung, weitere werden erforscht und entwickelt In unserem zukünftigen Energiesystem (Energiewende) ergeben sich zahlreiche Anwendungsbereiche für Energiespeicher Bei der Zuordnung von Speichertechnologien und Anwendungen sollte der Endenergiebedarf und die Effizienz des Gesamtsystems beachtet werden Geschäftsmodelle sollten auf der Basis der Möglichkeiten der Speichertechnologien in konkreten Anwendungen diskutiert werden Für einen wirtschaftlichen Betrieb von Energiespeichern müssen die ordnungspolitischen Rahmenbedingungen angepasst werden

41 41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mosse Palais Leipziger Platz Berlin BVES Büro Berlin BVMW Telefon: Fax: BVES Büro Berlin BVMW