Rolle(n) der Photovoltaik im Energiesystem

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1 Rolle(n) der Photovoltaik im Energiesystem Prof. Dr. Christof Wittwer Fraunhofer ISE Dr. Massimo Moser, DLR Prof. Dr. Bernd Rech, Prof. Dr. Rutger Schlatmann, HZB Prof. Dr. Rolf Brendel, Dr. Raphael Niepelt, ISFH Jan von Appen, IWES Dr. Jens Hauch, ZAE Dr. Frank Sehnke FVEE Jahreskonferenz 2016, 2/

2 Rolle(n) der Photovoltaik im Energiesystem Entwicklung der PV in den letzten Jahren - Status Kleine und utility-scale PV-Kraftwerke Energieszenarien zur Rolle von PV im künftigen Energiesystem Integration von PV in die Netze Speicher und Sektorkopplung Kombination von Wind und PV Erich Westendarp pixelio.de

3 FVEE Jahrestagung 2016 : Forschung für die Energiewende Die Gestaltung des Energiesystems PV Stromgestehungskosten PV Stromgestehungskosten 8 bis 12 ct/ kwh, nicht grundlastfähig Die EE für Bürger und Großanlagen Beliebteste erneuerbare Energie, kein Lärm, keine Bewegung

4 Erneuerbare Energien Anteil un installierte Leistung Data: IHS. Graph: PSE AG 2016

5 Kumulative Installation weltweit: 2015 Installiert: 242 GWp Ende Data: IHS. Graph: PSE AG 2016

6 Degression der Kosten bei PV, Trend Aufdachanlagen kwp: 2006: 5000 EUR/kWp 2015: 1270 EUR/kWp Halbe Kosten im System Fraunhofer

7 Einspeisetarife, Strombezugskosten Fraunhofer ISE Data: BMU, EEG 2014 and BMWi Energiedaten. Design: B. Burger - Fraunhofer ISE, Update:

8 Regionale Verteilung der PV Regionale Verteilung der installierten PV-Leistung in Deutschland: flächenbezogene Darstellung (kwp/km^2) Stand: Okt Netzintegrationsprobleme (lokal) PV-Leistungsprognosen für Netzbetreiber, Approximation aus Messdaten von Referenzanlagen (Übertragungsnetze) Netzengpassmangement Fraunhofer ISE: Sven Killinger: Regionale Verteilung der PV-Leistung in Deutschland; Stand Okt. 2014

9 Fluktuation von Wind und PV, EE-Anteil Fraunhofer ISE: Burger energy-charts.de 80% EE-Erzeugung an sonnigen Sonntagen Export der konventionellen Stromproduktion Must-Run Kraftwerke

10 Wieviel PV braucht Deutschland? GWp bei 100% EE mit Sektorkopplung Strom, Wärme, Verkehr 1 - Wind onshore 199 GWp; Wind offshore 76 GWp GWp bei 95% EE mit Sektorkopplung Strom, Wärme, Verkehr 2 - Wind onshore 140 GWp; Wind offshore 40 GWp GWp bei 80% CO 2 -Reduktion mit Sektorkopplung Strom, Wärme, Verkehr 3 - Wind onshore 170 GWp; Wind offshore 30 GWp GWp bei 80% EE im Stromsektor allein / Wind 120 GWp GWp bei 100% EE im Stromsektor allein / Wind 160 GWp» Ergebnisse sind abhängig von den Annahmen zum Leitungsausbau, der Dezentralität des EE-Ausbaus, Speicherbereitstellung, Fortschritt in der Wärmedämmung etc. (1) Quaschning, Sektorkopplung durch die Energiewende, HTW 2016 (2) Gerhardt, Interaktion EE-Strom, Wärme und Verkehr, FhG IWES et.al., (3) Henning, Was kostet die Energiewende, Wege zur Transformation, FhG ISE 2015 (4) Sehnke, Wertigkeit der PV im Strommix, ZSW

11 Kostenoptimale Ausbaupfad PV und Wind für Deutschland als Funktion der EE Durchdringung Installierte Leistung [GW] ,6% 2015 lt. Sehnke, Wertigkeit der PV im Strommix, ZSW EE-Durchdringung [%] DEZ KUP I/E» die Bedeutung der PV steigt mit der EE-Durchdringung, da PV den Speicherbedarf reduziert» ein erhöhter PV-Anteil verringert die Anforderungen an das Netz» technologieneutrale Ausschreibung allein, kann die Systemkosten nicht optimieren - DEZ: dezentraler Ausbau im Regionen mit je 50 GWh Jahresstromverbrauch - KUP: zentraler Ausbau bei angenommener Kupferplatte - I/E: Stromimport und -export von 60 TWh/a angenommen

12 Ein erhöhter PV Anteil hat geringen Einfluss auf die Stromgestehungskosten; Deutschland 80% EE in 2050 Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. pumped storage pumped storage 70 GWp fossile gas 120 GWp fossile gas Wind [GW] PV [GW] Kosten ct/kwh Kosten Optimum KostOpt. 100 GW PV KostOpt 120 GW PV Stromgestehungskosten für verschiedene Anteile an PV mit Technologiekosten 2050 nach BMU Leitstudie Fall Kupferplatte Deutschland, 80% EE-Durchdringung

13 Ein erhöhter PV Anteil hat geringen Einfluss auf die Stromgestehungskosten; Region mit 100% EE in 2030, PtG Gestehungskosten [ ct./kwh] 13,5 12,5 11,5 10,5 1,47 1,28 1,1 0,92 0,73 0,55 0,37 0,18 0,0 PV installiert [GW] - Stromgestehungskosten mit Technologiekosten in 2030 im 100% EE-Szenario (Strom) in der Modellregion Trier Amprion 5 (3.1 TWh_el/a) (1,0% der Fläche und 0,6% der Einwohner von Deutschland, vergleichbar mit 120 GWp PV ind D) - Modelliert und optimiert wurden PV, Wind, Wasser, Biogas und Power-to- Gas Auslegung und Einsatz, für die regionalen Lastprofile und Netze (Strom & Gas) mit dem ZSW-Tool P 2 IONEER

14 Energiewende in Niedersachsen: Szenarien für 100% EE in 2050, ISFH Optimum Runder-Tisch -Szenario 100% EE in NDS 2050 Optimales Szenario in Bezug auf Kosten und Speicherbedarf hätte 20 40% Solarstromanteil Hohe Akzeptanz für PV und Flächenfreigaben für WKA führen zu Szenario mit viel PV Flaches Kostenminimum erlaubt großen politischen Gestaltungsraum Mehr PV-Anteil für verbesserte Akzeptanz führt zu moderaten Mehrkosten Szenario 2050 für den Runden Tisch Energiewende in Niedersachsen: 210 TWh/a, 121 GW PV, 34 GW WKA ISFH: Kostenvergleich für 100%EE in Niedersachsen 2050

15 Regionale Verteilung von Wind und PV Graph S. Killinger, FraunhoferISE; data: Bundesnetzagentur

16 FVEE Jahrestagung 2016 : Forschung für die Energiewende Die Gestaltung des Energiesystems Ergänzung von Wind und PV Korrelation Wind und PV im deutschen Netz Geringe Gleichzeitigkeit von Wind und PV Verbundkraftwerke für eine optimierte Netzintegration Speicherintegration einfach möglich

17 FVEE Jahrestagung 2016 : Forschung für die Energiewende Die Gestaltung des Energiesystems Verteiler- und Übertragungsnetze Netzsimulation im Verteilnetz: Spannungsbelastung Netzsimulation im Übertragungsnetz: Netzengpassrechnung

18 Netzentlastung Betrieb von PV-Batteriesystemen Eigenstromoptimierung netzdienlich Feed-in peak max. 60% P PV n Optimierung des Eigenverbrauchs vermindert keine Netzspitzen n Bis zu 66 % mehr PV im NS Netz durch Spitzenkappung

19 Herausforderung volatile Einspeisung Lokale und zeitliche Variation von Einspeiseprofilen stellen das Netzmanagement vor große Herausforderungen ZAE Bayern: Modellversuch Smart Grid Solar

20 FVEE Jahrestagung 2016 : Forschung für die Energiewende Die Gestaltung des Energiesystems Verbesserung der Netzqualität mit Speichern Quartierspeicher zur Netzentlastung bei hoher Einspeisung a Ruhephase zur Initialvermessung Regelbetrieb P(U) nach Lieferzustand Stillstand da Spannung stets kleiner UTh = 237V Angepasster Adaptiver Betrieb mit Nutzung der Messwerte aus dem Ortsnetztrafo ZAE Bayern: Modellversuch Smart Grid Solar Intelligente Nutzung von Quartiersspeichern führt zur Verbesserung der Netzqualität selbst bei hoher volatiler Einspeisung

21 Kann das PV-Dachenflächenpotenzial ausgeschöpft werden durch Eigenverbrauchsanreize? Hintergrund: Sinkende PV-Marktwerte, steigende Eigenverbrauchsanreize, Speichersysteme und Sektorenkopplung beeinflussen die Planungsgrundsätze für PV-Systeme und könnten zu kleineren PV-Anlagen führen PV-Aufdachanlagen spielen jedoch eine tragende Rolle in zukünftigen PV- Ausbauszenarien Fallstudien*: Einfluss der Vergütung der PV-Netzeinspeisung auf PV-Anlagengröße Vergleich von reduzierten EEG-Vergütung, Direktvermarktung oder 0-Vergütung Einfluss von Speichern und zusätzlichen Verbrauchern auf die PV-Anlagegröße Vergleich von PV, PV-Batterie (Bat), PV-Wärmepumpe (WP) und PV-Bat & WP Fraunhofer IWES Tool OptIn zur Investitions- und Betriebsentscheidung für dezentrale Strom-Wärme-Speichersysteme Eingangsdaten: 10 verschiedene PV-Profile, ~ 50 Haushaltslastprofile *Quelle: Appen et al., BWK, Ausgabe

22 Sektorenkopplung bietet eine große Chance das PV- Dachenflächenpotenzial auch in Zukunft ausnutzen. Einfluss der Vergütung der PV-Netzeinspeisung auf PV-Anlagengröße* Einfluss von Speichern und Wärmepumpen auf die PV-Anlagegröße* Das PV-Aufdachanlagensegment könnte stark zurückgehen und ggf. finanziell unattraktiv werden in einer Post-EEG-Welt Die Kopplung mit Wärmpumpen wirkt sich deutlicher auf die PV- Anlagegröße aus als die Kombination mit Batteriesystemen *Quelle: Appen et al., BWK, Ausgabe

23 Rolle(n) der Photovoltaik im Energiesystem PV und Wind stellen die wesentlichen Technologien für die Energiewende in Deutschland dar, PV BMWI bei ca. 7 Cent/kWh angekommen Die Kosten von PV fallen weiter, Aufdachanlagen werden durch die Partizipation und die Mieterstrommodelle wichtig bleiben Die Energiewende funktioniert nur intersektoral, PV trägt einen wesentlichen Beitrag auch zur erneuerbarer Wärme bei, kein Lärm, kaum Verschleiß, hoher Erntefaktor Ein Netzausbau muss erfolgen, aber er kann durchaus überschaubar sein, wenn der Anteil der PV groß genug und Sektorkopplung genutzt wird Netz und Markt ermöglichen die Organisation von Ausgleichsleistung und Speicheroptionen im Strom, Wärme und Gasbereich Die lokale Speicherung mit Batterien kann mit Systemdienstleistungen zur Netzentlastung und Eigennutzung beitragen ( Innovation Batterie ) Ein Wegfall der EEG-Vergütung (52 GW-Deckel) könnte zu einer stark reduzierten PV-Leistung oder zu einem Ausbaustopp führen Sinkende Batteriepreise oder die Kombination mit neuen Verbrauchern wie Wärmepumpen können die Attraktivität von PV-Anlagen deutlich erhöhen

24 Vielen Dank