Flexibilisierung des Versorgungssystems: Kraftwerke Netze Speicher Verbraucher

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1 Flexibilisierung des Versorgungssystems: Kraftwerke Netze Speicher Verbraucher Berlin, Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v.

2 Gliederung Kurze Vorstellung der FfE Residuallast in Deutschland Flexibilisierung von Kraftwerken mit Wärmeauskopplung Merit Order der Energiespeicher Engpassmanagement bei ausbleibendem Netzausbau und Grenzüberschreitende Stromnetze Eigenverbrauch beim Endverbraucher Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 2

3 Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft Die Vision: Mehr Energierationalität in der praktischen Umsetzung Wir wollen einen Beitrag zum bewussteren und vernünftigeren Umgang mit Energie leisten. Unser Grundsatz ist die ganzheitliche Beantwortung aller energietechnischen und energiewirtschaftlichen Fragestellungen. Wir sehen es als Grundlage erfolgreicher Energieforschung, Energiewissen einer möglichst breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Seit 65 Jahren Energieträgerneutrale Forschung, die insbesondere auch die Anwendungsseite berücksichtigt Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 3

4 1. Ausgangssituation Ziel: Lastdeckung Erneuerbare Energien Restlastgang Deckung nach Merit Order Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 4

5 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jan Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Last Nov bzw. Leistung Dez Jan Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Last bzw. Aug Leistung Sep Okt Nov Dez Jan Last bzw. Leistung Last bzw. Leistung Residuallastgang mit KWK 120 GW 100 GW 80 GW 60 GW 40 GW 20 GW 0 GW GW 100 GW 80 GW FfE swm-18#a Zukunft der KWK_eV_ GW 40 GW 20 GW GW 100 GW 80 GW 60 GW 40 GW 20 GW 0 GW 120 GW 100 GW 80 GW Lastüberdeckung Restlast Erneuerbare Energien KWK 100 % FfE swm-18#a Zukunft der KWK_eV_ GW FfE swm-18#a Zukunft der KWK_eV_ GW 40 GW 20 GW 0 GW FfE swm-18#a Zukunft der KWK_eV_ Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 5

6 Last bzw. Leistung Last bzw. Leistung Last bzw. Leistung Jahresdauerlinie der Residuallast (nach Abzug der KWK-Stromerzeugung) 120 GW 100 GW 80 GW 60 GW 40 GW 20 GW 0 GW TWh GW h/a -60 GW -80 GW Last 92,7 GW 84,8 GW Last-EE 85,5 GW 71,2 GW Last-EE-KWK 72,4 GW 53,7 GW Restlast, pos. Restlast, 80 GW neg. 60 GW Restlast, pos. 40 GW 126 TWh 80 GW Restlast, neg. 20 GW0 TWh 60 GW 86 TWh 0 GW 40 GW FfE -20 swm-18#a GW Zukunft der KWK_eV_ GW GW -20 GW -40 GW h/a -60 GW -80 GW 32 TWh FfE swm-18#a Zukunft der KWK_eV_ % h/a Restlast, pos. Restlast, neg. 86 TWh FfE swm-18#a Zukunft der KWK_eV_ Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 6

7 Spez. Kosten 1. Ausgangssituation Ziel: Lastdeckung Erneuerbare Energien Restlastgang Deckung nach Merit Order /MWh Auslastung h/a Problem: Unsicherer Ausbau der EE Unsicherheit der Wirtschaftlichkeit von Kraftwerken Geringe Erfahrung mit Speichern Unsicherheit der Wirtschaftlichkeit von Speichern Welcher Speicher ist wann und wo sinnvoll? Vergleichbarkeit durch Einführen des Funktionalen Energiespeichers Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 7

8 Leistung/Last in in GW Speicherleistung in GW Flexibilisierung der KWK -Bindeglied zwischen Kraftwerken, Speichern und Netzen? Lastüberdeckung Restlast EE KWK flex * Must-Run flex * Erzeugungsgang der Must-Run Anlagen (EE und KWK) nachdem die KWK-Erzeugung mittels Wärmespeicher flexibilisiert wurde Stunde im Jahr Alle gezielten Modifikationen der Leistungsgänge von Stromverbrauch und unflexibler Stromerzeugung zur Anpassung von Nachfrage und Erzeugung können als funktionale Energiespeicher verstanden werden. Die Differenz zwischen unflexiblen und flexibilisierten Leistungsgang entspricht einer Be- bzw. Entladung des funktionalen Energiespeichers Stunde im Jahr Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 8

9 Leistung in MW Lastflexibilisierung der Großverbraucher Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Minuten Minuten Stunde Stunden Stunden mittlere Last abschaltbare Last (1 sec) Zeitdauer FfE BMWi-17#P MOS-DRInd_mbH_00079 *technisches Potenzial für geeignete Betriebe ohne Kostenbetrachtung für die Implementierung (Personal und I&K) Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 9

10 Auswahl an Speichern Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 10

11 Welche Speicher braucht das Land? Speicher Pumpspeicher Niederwartha Pumpspeicher Atdorf Spezifische Kosten je kw Spezifische Kosten je kwh Lebensdauer in Jahren Quelle 1000 /kw 200 /kwh 40 [2] 1000 /kw 100 /kwh 40 [3] Hausspeichersystem > 1500 /kw > 1500 /kwh 20 Eigene Recherchen, positive Abschätzung für Lithium-Ionen Akkus Hausspeichersysteme können aufgrund der Strompreisstruktur privater Haushalte eine attraktive Option für den Einzelnen sein Die Wirtschaftlichkeit von Pumpspeicherkraftwerken geht tendenziell zurück Pumpspeicher sind jedoch deutlich günstiger als private Batteriespeicher Umgestaltung des Marktsystems ist notwendig! Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 11

12 Ausbleibender Netzausbau? Engpassmanagement Flexibler Einsatz von Kraftwerken und Speichern zum Redispatch Deutschland Redispatch-Arbeit je Kraftwerk 2. April 2013 bis 1. April GWh Erhöhung der Wirkleistungseinspeisung Reduktion der Wirkleistungseinspeisung EnWG EnWG 13 Abs. 1a: Verpflichtend für Erzeugungsanlagen und Speicher mit 10 MW Angemessene Vergütung? Beschluss BK der Bundesnetzagentur: Nur Aufwandsersatz und bewusst keine Gewinne vorgesehen FfE e.v. Dateiname: _Kraftwerke_Redispatch_Arbeit.pdf Quellen: ; FfE-Regionenmodell, km *Der EnBW-Kraftwerkspool wurde vereinfacht dem Netzgebiet der TransnetBW zugeordnet Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 12

13 Leistung und Last Strompreis [ /MWh] Leistung und Last Strompreis [ /MWh] Strompreis [ /MWh] 16 GW GW Netzausbau als sinnvolle Maßnahme zum Ausgleich von 12 GW 140 Erzeugungsschwankungen 16 GW 14 GW 12 GW 10 GW Lastüberdeckung Residuallast Erneuerbare Energien KWK Strompreis 8 GW 6 GW 4 GW 2 GW Bayern 4 GW PV-Strom aus Bayern sinnvoll 40 2 GW GW GW 100 Lastüberdeckung 8 GWin Bayern & 80 Residuallast Deutschland>0 6 GW 60 Export von überschüssigem M DF S ia or GW 80 GW 70 GW Kalenderwoche 60 GW 20 (Mai, 2033) 50 GW 40 GW 30 GW 20 GW 10 GW Strompreis =0 und Residuallast Bayern>0 Import von überschüssigem PV-Strom nach Bayern sinnvoll Deutschland FfE Bayernplan 2020_ GW Mo Di Mi Do Fr Sa So Kalenderwoche 20 (Mai, 2033) 0 FfE Bayernplan 2020_ GW Mo Di Mi Do Fr Sa So Kalenderwoche 20 (Mai, 2033) Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 13

14 Grenzüberschreitender Netzausbau Grenzüberschreitender Netzausbau & Market Coupling Nutzung bereits vorhandener Speicherkapazitäten im Ausland Ausbau der Übertragungsleitungen NorGer und NORD.LINK Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 14

15 Eigenverbrauch von PV-Strom mit Elektrofahrzeugen Ankunft des Fahrzeugs Optimaler Beginn des Ladevorgangs Mit einem stationären Speicher könnten der Eigenverbrauch erhöht und Verbrauchsspitzen reduziert werden. Damit kann in Zukunft unter Umständen notwendiger Netzausbau in der Verteilnetzebene reduziert werden. Welche Maßnahme wird in Zukunft zur Reduktion des Netzausbaus eingesetzt werden? Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 15

16 Lademangement von Elektrofahrzeugen 2 bis 3 kwh je E-Fahrzeug können selbst bei geringer Ladeleistung täglich verschoben werden ohne den Nutzer zu beeinflussen Entspricht ca. 1/3 der Ladeenergie

17 MONA Merit Order Netz-Ausbau 2030 Fokus und Kernfragen Verteilnetze Technik Welche technischen Möglichkeiten bieten unterschiedliche Maßnahmen und Technologien zur Netzentlastung zu Verringerung des Netzausbaubedarfs? Übertragungsnetz Vergleich, Optimierung und Handlungsempfehlungen Ökonomie Welche dieser Maßnahmen reduzieren nachhaltig Kosten und Aufwand des Netzausbaus?

18 MONA 2030 Merit Order Netz-Ausbau 2030 Projektübersicht + Speicher zur Netzentlastung Regionale Lastgänge Klassifizierung Typnetze Variable Netznutzungsentgelte Regelbare Netzkomponenten - + Bewertungsgrundlage für eine Merit Order des Netz-Ausbaus Market Coupling EU Hybridisierung der Netze Einspeisemanagement Lastflexibilisierung Gezielter EE Ausbau Ausbau dezentraler Erzeuger

19 Auswirkungen der PV-Erzeugung auf das NS-Netz in GAP: GIS-Analyse für dachflächenscharfe PV-Ausbauszenarien Globalstrahlung (inkl. Verschattung) Historischer Ausbau der PV Stromnetze Dachflächen auf Gebäuden (inkl. Orientierung) Flächennutzungsplan

20 Fazit und Ausblick Nur unter der Betrachtung aller Teilaspekte ist das Erreichen des Ziels Energiewende möglich Hierfür gilt es das Zusammenspiel von richtig abzubilden Kraftwerken-Netzen-Speichern-Verbrauchern Hieraus sind Handlungsempfehlungen für den kosteneffizienten Umstieg auf erneuerbare Energien abzuleiten Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 20

21 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Berliner Energietage 2014 Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v (89)