Steffen Philipp Die Verwendung von Speichersystemen für die Integration der Windenergie in die elektrische Energieversorgung

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1 Steffen Philipp Die Verwendung von Speichersystemen für die Integration der Windenergie in die elektrische Energieversorgung EUROSOLAR, WCRE, Science Park, Gelsenkirchen 30. Oktober 2006

2 Die Gesellschafter der Deutschen Energie Agentur GmbH. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung E F F I C I E N C Y D E C I D E S 2

3 Die Kompetenz und Handlungsfelder der dena E F F I C I E N C Y D E C I D E S 3

4 Inhaltsverzeichnis Entwicklung der Windenergie Ausgleich zwischen Stromerzeugung und Nachfrage Speichertechnologien und Speicherkraftwerke Speichervarianten Rolle der Speicher zur Integration der Windenergie Speichersysteme in der dena- Netzstudie II E F F I C I E N C Y D E C I D E S 4

5 Entwicklung der Windenergie an Land bis 2015 Zahlen in Karte: Leistungszuwachs ca. 26,2 GW bis 2015 Werte in Klammern zeigen Kapazitätszuwachs durch Repowering Schwerpunkt des Zuwachses Norden und Mitte Deutschlands Basis für Prognose: Räumlich hoch differenzierte Auswertung von Vorrang- und Eignungsflächen für Windenergie Auswertung von Daten der Landkreise und/oder Planungsregionen Weitgehend positive politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen E F F I C I E N C Y D E C I D E S 5

6 Entwicklung der Offshore Windparks in Nord und Ostsee Projektspezifische Bewertung beantragter Projekte (laut dena-netzstudie I): 9.8 GW Windparkleistung bis zum Jahr GW Windparkleistung im Zeitraum 2015 / 2020 Nordsee Ostsee 7,2 5,9 3,1 2,5 1, ,3 0,4 (neu installierte Leistung in GW bis 2015 / ab 2015) E F F I C I E N C Y D E C I D E S 6

7 dena Netzstudie I: Szenario zur Entwicklung der Stromerzeugung aus regenerativen Energien entspricht 20 % an der gesamten Stromerzeugung [TWh] Summe sonst. EE Wind Gesamt E F F I C I E N C Y D E C I D E S 7

8 Leistungsbilanzen für Stark und Schwachwind / Starkund Schwachlast in [MW] Einspeisung Bedarf Einspeisung Bedarf Einspeisung Bedarf Einspeisung Bedarf Starklast ohne Wind Starklast mit Wind Schwachlast ohne Wind Schwachlast mit Wind konventionelle Kraftwerke Last Pumpspeicher Wind Netzverluste Import/Export E F F I C I E N C Y D E C I D E S 8

9 Ausgleich zwischen Stromerzeugung und nachfrage Lösungsansätze: Einspeisemanagement für Windstrom (Abregeln der Windenergieanlagen) Lastmanagement verbessern (Nachtspeicherheizungen) Zentrale und dezentrale Speicher Zusätzliche Speicher (Druckluftspeicher) Optimierung vorhandener Speicher (Pumpspeicher) E F F I C I E N C Y D E C I D E S 9

10 Speichertechnologien Pumpspeicherkraftwerke: Zahlreiche Anlagen weltweit in Betrieb Technik etabliert und ausgereift Druckluftspeicherkraftwerke (CAES): weltweit arbeiten derzeit 2 Kraftwerke Deutschand: Huntorf, 290 MW(2 h), Betrieb seit 1978, Betreiber E.ON USA: MCIntosh, Alabama, 110 MW(2h), Betrieb seit 1991 Batterien, Schwungräder, Supercapacitators und Kombination aus Wasser- und Brennstoffzelle Geringe Speichermenge und Speicherzeit Nur bedingt und für kleine Anlagengrößen geeignet Verhältnismäßig teuer E F F I C I E N C Y D E C I D E S 10

11 Planungen und Trends zu Speicherkraftwerken Pumpspeicherkraftwerke Ausbaumöglichkeiten in Deutschland weitgehend ausgeschöpft Druckluftspeicherkraftwerke Gut geeignet bei vorhandenen Salzkavernen Mehrere Anlagen in Planung, darunter: USA: Kraftwerk mit 2500 MW Italien: Kraftwerk mit 25 MW Israel: Kraftwerk mit 3x100 MW E F F I C I E N C Y D E C I D E S 11

12 Regionale Verteilung von Wind und Salz Salz Quelle: Dr. Daniel Schlecht, Vortrag auf dem dena-energieforum Druckluftspeicher, September 2005 E F F I C I E N C Y D E C I D E S 12

13 Speichervarianten Zentrale Speicher Regelenergie bereitstellen Last- und Windschwankungen ausgleichen Verwendung als Tagesspeicher Nutzung von Preisdifferenzen zwischen Grund- und Spitzenlast E F F I C I E N C Y D E C I D E S 13

14 Laufweise eines zentralen Speichers Quelle: Christoph Gatzen, ewi, Präsentation auf dem dena Energieforum, September 2005 E F F I C I E N C Y D E C I D E S 14

15 Speichervarianten Dezentrale Speicher Schwankungen einzelner Windparks ausgleichen Anwendung zur Entkopplung von Stromproduktion und Energienachfrage Lieferung von Regelenergie Kein Abschalten von Windenergieanlagen bei Netzengpässen notwendig E F F I C I E N C Y D E C I D E S 15

16 Speichervarianten Sonderform: Speicher als Insellösung In Kombination mit Windpark als autarke Stromversorgungslösung In abgelegenen und dünn besiedelten Gebieten denkbar Stellt Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Bedarf her Sichert alle Betriebsparameter der Stromversorgung E F F I C I E N C Y D E C I D E S 16

17 Rolle der Speicher zur Integration der Windenergie Regel- und Reserveenergie Kann bereitgestellt werden Leitungsnetz Netzausbau kann überbrückt werden Netzneubau kann reduziert werden Inselgebiete benötigen keinen Netzanschluss Kraftwerkspark Konventionelle Kraftwerke effizienter betreiben Auslegung auf hohen Wirkungsgrad Ökologische Aspekte Reduzierung von Emissionen Einsparung von fossilen Ressourcen (Diesel, Kohle) E F F I C I E N C Y D E C I D E S 17

18 Speichersysteme in der dena Netzstudie II 30% Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland mit MW Offshore Wind bis zum Jahr 2020 (Dena-Netzstudie I untersuchte Zeitraum bis 2015 mit 20% Anteil erneuerbarer Energien) Analyse zu Speichermöglichkeiten Zentrale und dezentrale Speicher Druckluftspeicher hinsichtlich Speichervolumen, Speicherleistung, Erzeugungsleistung Repowering von Pumpspeicheranlagen Nichtelektrische Speicher wie Speicherheizungen Druckluftspeicher in Industrie Ziel: Branchenübergreifende Referenzstudie Start der Studie zum Jahresende E F F I C I E N C Y D E C I D E S 18

19 Effizienz entscheidet.

20 Vielen Dank. E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T