Integration erneuerbarer Energien Beispiel Druckluftspeicher

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1 Integration erneuerbarer Energien Beispiel Druckluftspeicher VDI Arbeitskreises Energietechnik München, 18. Februar 2008 E.ON Energie AG, Dr. Wolfgang Woyke

2 Struktur des E.ON-Konzerns MU Central Europe E.ON Energie AG, München MU Pan-European Gas E.ON Ruhrgas AG, Essen MU Russia E.ON Russia, Moskau, im Aufbau MU UK E.ON UK plc, Coventry MU Italy E.ON Italia, Mailand Corporate Center E.ON AG Düsseldorf MU Nordic E.ON Nordic AB, Malmö MU Spain E.ON Spain, Madrid, erwartet für 2. Quartal 2008 MU US Midwest E.ON U.S.LLC, Louisville MU Climate & Renewables E.ON Climate & Renewables GmbH, Düsseldorf MU Energy Trading E.ON Energy Trading AG, Düsseldorf Seite 2

3 Unternehmenskennzahlen E.ON Energie 1 Umsatz Mio davon Stromsteuer Mio Mitarbeiter Kunden 17 Mio Stromabsatz 2 268,2 Mrd. kwh E.ON Energie AG München Kraftwerksleistung Netzlänge (380/220/110 kv) 3 Gasabsatz MW km 128,5 Mrd. kwh 1 GemäßJahresabschluß Ohne Handelsgeschäfte 3 Gesamte E.ON Energie-Gruppe Seite 3

4 Transportnetz (Hoch- und Höchstspannung) der E.ON Netz: km (Hoch- und Höchstspannungsnetz der E.ON Energie-Gruppe: km) Unternehmensleitung E.ON Netz 380/220 kv-höchstspannungsleitungen Seite 4

5 Kraftwerksstandorte in Deutschland Kernkraft Kernkraft im Rückbau Steinkohle Braunkohle Öl Erdgas Müllverbrennung Wasserkraft (Werkgruppen) München Seite 5

6 Deutsche Strom- und Gas-Vertriebsgesellschaften E.ON Hanse E.ON edis/e.on Hanse 1 E.ON edis E.ON Westfalen Weser E.ON Avacon E.ON Mitte E WIE EINFACH (Bundesweit) E.ON Energy Sales (Bundesweit und Zentraleuropa) Großkundenvertrieb E.ON Thüringer Energie E.ON Bayern 1 Strom: E.ON edis, Gas: E.ON Hanse Seite 6

7 Entwicklungsbedarf bei Zukunftstechnologien Offshore Windenergie Massiver Ausbau und Entwicklung regenerativer Energien Investition von rd. 6 Mrd. bis 2010 Überwiegend Windenergienutzung Forschung bei Biogas, Solarenergie Biogas-Einspeisung ins Erdgasnetz Druckluftspeicher Integration regenerativer Energien Netzausbau Betreiber Druckluftspeicher Huntorf F&E Speichertechnologien Seite 7

8 Begrenzter Leistungsnutzen der Windenergie Einspeisung in MW Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dez J Maximale tägliche Windstromeinspeisung in E.ON-Netz (in MW) in 2004 F M A M J J A S O N D Max MW Min. 94 MW Seite 8

9 Einspeisung erfordert Netzausbau Verkehrstaus im Übertragungsnetz der E.ON Energie Windenergiebedingter Netzausbau bis 2015: 850 km bis 2020: km RWE Transportnetz Strom Seite 9

10 Optionen zur Integration von Windenergie Hohe Spitzenleistung, geringe gesicherte Leistung Netzstrukturen noch nicht angepaßt Einspeisung in Regionen geringer Nachfrage Kurzfristige Option Mittelfristige Option Langfristige Option Absenken von Grundlastkraftwerken Neue küstennahe Speicherkraftwerke Großflächiger Netzausbau Seite 10

11 Auswirkungen von Netzengpässen (Redispatch) Grundlastkraftwerk Engpaß Grenze Netz Speicher Kunde Netzbetreiber Kosten Ausgleich Spitzenlastkraftwerk Seite 11

12 Ausbau der Übertragungsnetze oder Speicherung? S1 S2 Fehlende Übertragungskapazitäten S4 S3 NL S5 PL S1 S5: Alternative Speicherstandorte für Starkwindsituationen Seite 12

13 Netzverstärkung wichtiger Schritt für Offshore Netzanbindung S1 S2 Speicherausbau für Integration von 36 GW Windenergie : Druckluftspeicher: ~ 5 Mrd NL S4 S3 S5 PL Alternativ Netzerweiterung: 1,1 Mrd aber Teilweise geringe Akzeptanz für Trassenneubau Ausbau der Übertragungsnetze spielt zukünftig zentrale Rolle. Zudem herrscht unzureichende Vergütung für Speicher. Seite 13

14 Schwungradspeicher Spezialanwendungen 400 kwh, 167 MW, about 9 s Notstromsysteme 5 kwh, 250 kw, 72s Seite 14

15 Großtechnische Energiespeicher Großtechnische Anwendung Bewag Berlin 1987, 14,4 MWh, 5 Std. Speicherzeit Einsatz für Notfallreserve in Kraftwerken, Umspannwerken und in der Industrie Zukunftsoption Kurzzeitspeicher im Netz Seite 15

16 Großtechnische Speicher - Pumpspeicherkraftwerke Erprobte Technologie Standorte nur in den Mittelgebirgen und in den Alpen Hohe Investitionskosten 105 MW, 5 h Seite 16

17 Großtechnische Energiespeicher - Druckluftspeicher Seite 17

18 Druckluftspeicher(gas)kraftwerk Huntorf Erdgas Kompressor Motor/Generator Gasturbine Leistung: 321 MW Speicherzeit: 2 h Errichtung: 1978 Brennstoff: Erdgas Wirkungsgrad: 42% Kaverne Seite 18

19 Schema einer Druckluftkaverne Main Features: V: 150, ,000 m3 P max: bar P min: bar Massenfluß: 200, ,000 m³ [Vn]/h (55 83 m³ [Vn]/s) Seite 19

20 CAES Druckluftspeicher Huntorf Strom Druckluft Kaverne Kompressor Wärme DruckluftHeat Strom Erdgas Gasturbine Wärme Seite 20

21 Entwicklungslinie des Druckluftspeichers Thermischer Speicher Rekuperator R&D; Pilotanlage 2015? η = 72% Aktuelles Design 2008 η = 55% Huntorf 1978 η = 42% Seite 21

22 Advanced Adiabatic CAES Kompressor Kaverne Luftturbine W Laden WLT Wärmespeicher Seite 22

23 EU-Pojekt AA-CAES Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage Machbarkeitsstudie für den Bau eines Druckluftspeicher-Kraftwerkes mit Wärmespeicher. Bewertung gegenwärtiger und künftiger Märkte Termine: bis Kompressor Turbine Seite 23

24 Wirtschaftliche Bewertung Konkurrierende Technologien: Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (AA_CAES) Compressed Air Energy Storage (CAES) Gasturbine ohne Abwärmenutzung, Open Cycle Gas Turbines (OCGT) Spezifischer Investment [ /kw] AA-CAES CAES OCGT 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Brennstoff [kwh/kwh] AA-CAES CAES OCGT Electricity [kwh] Natural Gas [kwh] Seite 24

25 Der Markt als Drehscheibe zwischen Erzeugung und Verbrauch Windkraft, Photovoltaik Netz Markt Industrie, Gewerbe, Haushalt Grundlast-KW Spitzenlast-KW Speicher-KW Uran, Kohle Gas Strom Seite 25

26 Der Einsatz von Speicher-KW im Markt Marktpreis für Strom 60 /MWh 50 /MWh 40 /MWh 30 /MWh Mittlere Preisspanne 20 /MWh 10 /MWh Einspeichern Ausspeichern Stunden eines typischen Werktages Seite 26

27 Prognosen für die mittlere Preisspanne Mittlere Preisspanne 50 /MWh 40 /MWh Zukunftsprognose Maximalprognose 30 /MWh 20 /MWh 10 /MWh Minimalprognose 0 /MWh Seite 27

28 Wirtschaftlichkeitsschwelle für Energiespeicher Mittlere Preisspanne 50 /MWh Zukunftsprognose 40 /MWh 30 /MWh Wirtschaftlichkeitsschwelle 20 /MWh 10 /MWh 0 /MWh Seite 28

29 Integration erneuerbarer Energien mit Speichern technisch lösbar Ausbau Erneuerbarer Energien ist eine neue Chance, stellt aber Übertragungsnetze vor große Herausforderungen Ausbau der Hochspannungnetze unbedingt erforderlich Speichertechnologien müssen Netzausbau wirtschaftlich sinnvoll ergänzen Großtechnischer Realisierung erfolgt in Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen des Markts (Kosten, Preise, Regulierung) Seite 29

30 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Dr. Wolfgang Woyke, E.ON Energie AG, München Seite 30

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