Stromerzeugung, Lastdeckung und

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1 Folie 1 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speichereinsatz Speicherbedarf im in Energiesystem den Langfristszenarien der Zukunft 211 Energie Speicher Symposium Stuttgart 212, 7. März 212 Yvonne Scholz, Dominik Heide

2 Folie 2 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Lastausgleich in verschiedenen Szenarien der Stromversorgung Beispiele für den Lastausgleich / Speichereinsatz in Deutschland im Jahr 25: EE- Anteil Import Leistung Speicherkapazität Langfristszenario A, % 2 % H 2 -Erzeugung für den Verkehrssektor Trans-CSP (26) 8 % 2 % Import von Regelenergie aus CSP SRU (211) 1 % % 32 GW.8 TWh Abregelung: 53 TWh UBA (21) 1 % % Elektrolyse: 44 GW GuD-Kraftwerk: 28 GW 4 TWh Abregelung: 1 TWh Der Speicherbedarf kann nur für ein ansonsten vollständig festgelegtes Versorgungssystem ermittelt werden. Speicherdimensionierung und -betrieb für nicht vollständig festgelegte Versorgungssysteme hängen ab von Annahmen über Kosten und von der Methodik: a) Speicher als Teil einer festgelegten Einsatzreihenfolge mit maximaler Lastglättung durch jede Technologie b) Kraftwerkseinsatzplanung mit Optimierungsmodellen

3 DE DE DE DE DE DE DE DE DE DE TWh GW Folie 3 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Erneuerbare Energien in Deutschland und bis Struktur der Bruttostromerzeugung Fossil, nuklear Geothermie Biomasse Import EE Wellen, Gezeiten CSP Wasserkraft Photovoltaik Wind sonstige Im-/Exporte Bruttostromverbrauch Struktur der Erzeugungskapazität Fossil, nuklear Geothermie Biomasse Import EE Wellen, Gezeiten CSP Wasserkraft Photovoltaik Wind Spitzenlast In Deutschland - wird nach 23 mehr als die Hälfte des Stroms in PV- und Windenergieanlagen erzeugt. - wächst die Erzeugungskapazität vom knapp 2-fachen (21) auf das 3-fache (25) der Spitzenlast. - übersteigt die Summenleistung von PV und Windenergieanlagen die Spitzenlast ab 22. Deutschland: Langfristszenarien 211, Szenario A. : Trans-CSP, 26

4 Folie 4 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Analyse der Potenziale erneuerbarer Energien Windenergie: Ressource und Flächenanalyse Windgeschwindigkeit in m/s (Stundenmittelwerte, 7km x 7km) Meer (<5km Küstenabstand, Siedlungsgebiete + Tiefe>3m, außerhalb AWZ), 1km Puffer Autobahnen und Landstrassen Flüsse, Seen, Feuchtgebiete + 5 m Schutzgebiete Puffer IUCN I-VI + Windgeschwindigkeit in m/s auf nutzbaren Flächen Stündliche Windgeschwindigkeitsdaten vom Deutschen Wetterdienst

5 electric power [MW] Folie 5 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Analyse der Potenziale erneuerbarer Energien Windenergie: Kraftwerksmodell offshore onshore offshore 96 m 13 m 192 m P nenn 3 MW 5.5 MW 12 MW 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2, Power curves for 3 MW, 5.5 MW and 12 MW turbines wind speed [m/s] Grundlage: Leistungskennlinie der Enercon E82

6 MW GW Folie 6 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Analyse der Potenziale erneuerbarer Energien Windenergie: Ergebnisse - Rasterdatensätze: Installierbare Leistung Jahres-Stromerzeugungspotenzial Kosten - Zeitlicher Verlauf der potenziellen Stromerzeugung h Abgeleitete Ergebnisse: Volllaststunden, Stromgestehungskosten, Kosten-Potenzial-Kurven, Regionale Summenwerte

7 GW MW MW Folie 7 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Lastverlauf in Deutschland im Jahr Mittellastkapazität Spitzenlastkapazität Grundlastkapazität h Last Last Dauerlinie Stündliche Lastdaten der Übertragungsnetzbetreiber, mit Szenariovorgaben skaliert Jahresdauerlinie der Last aus dem Lastverlauf durch Ordnen der Werte nach ihrer Größe Ablesen der Dauer des Überschreitens einer Last Abschätzen der einzusetzenden Grund-, Mittel- und Spitzenlastleistung Speicher können Spitzenlast senken und Grundlast vergrößern. Der Einfluss der Speicherkapazität muss aus dem Jahresverlauf der Last abgeleitet werden. h

8 MW GW Folie 8 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Lastverlauf und PV-Stromerzeugungszeitreihe in Deutschland im Jahr h Last Photovoltaik

9 MW GW Folie 9 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Restlastverlauf (PV) in Deutschland im Jahr h Restlast (PV)

10 GW MW Folie 1 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Restlastverlauf (PV) und Windstromzeitreihe in Deutschland, Jahr h Restlast (PV) Wind (on- + offshore)

11 MW GW Folie 11 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Restlastverlauf (PV, Wind) in Deutschland, Jahr h Restlast (PV, Wind)

12 MW GW Folie 12 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Restlastverlauf (PV, Wind), Wasserkraft- und Geothermiezeitreihe in DE, Jahr h Restlast (PV, Wind) Wasserkraft Geothermie

13 MW GW Folie 13 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Restlastverlauf (PV, Wind, Wasser, Geothermie) in Deutschland im Jahr h Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo)

14 GW -MW GW -MW GW -MW GW -MW Folie 14 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Restlastverlauf in Deutschland h h h Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo) Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo) h Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo) Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo)

15 Folie 15 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Speicherkapazitäten in Deutschland und Speicherkraftwerksleistung in GW und Speicherkapazitäten in GWh Deutschland Pumpspeicher ~ 6,7 GW 1 / 4 GWh (29) ~ 44 GW 1 / 246 GWh 4 (29) Druckluftspeicher,32 GW /,6 GWh 2,32 GW /,6 GWh 2 Wasserstoff (Power-to-Gas) GW / 37 GWh GW / - Methan (Power-to-Gas) GW / 22 GWh GW / - In Deutschland sind 1,6-1,9 GW Pumpspeicherleistung zusätzlich im Bau oder in Planung. Potenzielle Speicherkapazität für Druckluftspeicher ca. 2,5 TWh 3 in Deutschland Bei Speicherung von Wasserstoff ist die Speicherkapazität ca. 65-mal so hoch wie bei der Speicherung von Druckluft; die Speicherkapazität in Deutschland beträgt dann ca. 16 TWh. 1 Eurostat: 2 E.ON: Huntorf 3 Ehlers, U.: Windenergie und Druckluftspeicher", Präsentation, Uni Flensburg, 26 4 eigene Abschätzung bei Speichergröße/Turbinennennleistung = 6 h

16 GW -MW GW -MW GW -MW Folie 16 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Mögliche Lastglättung durch Pumpspeicher in h Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo) h PSKW-geglättete Restlast, Jahresverlauf h Restlast PSKW-geglättete Restlast Zusätzlicher Lastausgleich (Erzeuger, Lastmanagement und/oder Langzeitspeicher) erforderlich!

17 Folie 17 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Lastausgleichs-Mix im Jahr 25 - Langfristszenario A 211 Deckung der positiven Restlast durch Stromimporte insbesondere aus konzentrierenden solarthermischen Kraftwerken mit Wärmespeicher stromgeführte KWK konventionelle Kraftwerke Abbau der Überschüsse durch Power-to-Gas H 2 -Speicherung in Kavernen oder Methanisierung und CH 4 - Speicherung im Erdgasnetz H 2 oder CH 4 als Link zum Verkehr oder für die Rückverstromung Elektromobilität, Pumpspeicherkraftwerke, Export

18 Folie 18 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Lastausgleichs-Mix im Jahr 25 - Langfristszenario A 211

19 Folie 19 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: - offshore onshore offshore yvonne.scholz@dlr.de - 96 m 13 m 192 m -P nenn 3 MW 5.5 MW 12 MW

20 Folie 2 > Stromerzeugung, Lastdeckung und Speicherbedarf im Energiesystem der Zukunft > Yvonne Scholz > Quellen - DLR 211: "Möglichkeiten und Grenzen der Integration verschiedener regenerativer Energiequellen zu einer 1% regenerativen Stromversorgung der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahr 25" - Eurostat 211: - E.ON 211: Huntorf - PLATTS Power Vision Datenbank, 28 - Ehlers, U., 26: Windenergie und Druckluftspeicher", Präsentation, Uni Flensburg, 26 - SRU 211: Wege zur 1 % Erneuerbaren Stromversorgung. Sachverständigenrat für Umweltfragen, UBA 21: Energieziel 25: 1% Strom aus erneuerbaren Quellen. Umweltbundesamt. Dessau, 21