Systemfragen der Stromspeicherung im Erneuerbaren Energiesystem

Transkript

1 im Erneuerbaren Energiesystem Tomi Engel Höpfingen

2 Fossile Struktur - 3 Sektoren 50-70% Verlust durch Abwärme 50-70% Verlust durch Abwärme 50-70% Verlust durch Abwärme Strom Wärme Verkehr

3 Weltweite Erdölproduktion Quelle: The Oil Drum

4 Wesley Kanne Clark General a. D. der US Army schildert am 30. Sept eine Begebenheit vom Oktober 2001: [...] this memo from the Secretary of Defense s office, says we re going to attack and destroy the governments in seven countries in five years. We re going to start with Iraq and then we re going to move to Syria, Lebanon, Libya, Somalia, Sudan and Iran. Quelle: Democray Now

5 Wesley Kanne Clark General a. D. der US Army [...] this memo from the Secretary of Defense s office, says we re going to attack and destroy the governments in seven countries in five years. We re going to start with 2003 Iraq... and then we re going to move to Syria, Lebanon, Libya, Somalia, Sudan and Iran schildert am 30. Sept eine Begebenheit vom Oktober 2001: Quelle: Democray Now

6 Wesley Kanne Clark General a. D. der US Army [...] this memo from the Secretary of Defense s office, says we re going to attack and destroy the governments in seven countries in five years. We re going to start with 2003 Iraq... and then we re going to move to Syria, 2012? Lebanon, Libya, Somalia, Sudan and Iran schildert am 30. Sept eine Begebenheit vom Oktober 2001: Quelle: Democray Now ?

7 Fossile Struktur - 3 Sektoren 50-70% Verlust durch Abwärme 50-70% Verlust durch Abwärme 50-70% Verlust durch Abwärme Strom Wärme Verkehr

8 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke

9 die Energiewende

10 Nahrung Strom Wärme Mobilität die Energiewende

11 Nahrung Strom Wärme Mobilität

12 Nahrung Mobilität

13 Biomasse Strom Wärme Mobilität Energieeinheit kwh! Strom

14 Strom

15 Strom 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

16 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

17 1. Erzeugungskapazitäten in der Bundesrepublik Deutschland

18 Wo steht die BRD? DGS SONNENENERGIE EnergyMap RAL Solar DGS Thüringen DGS Franken DGS Berlin-Brandenburg DGS Oberbayern FAQ Kontakt Impressum Energiekarte Energieregionen Die "Gesetzesbrecher" Daten Download BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND 21 % EEG-Strom Stromverbrauch: MWh/Jahr Einwohner: Bürger Fläche: km2 Anmerkungen: 1) Die regionalen Verbrauchsdaten sind Wasserkraft Anlagen MWh/Jahr Schätzungen auf der Basis des MW(peak) durchschnittlichen Stromverbrauches der Biomasse MWh/Jahr Bundesrepublik Anlagen MW(peak) 2) Die Berechnungen der EE- Stromproduktion basieren, sofern entsprechende Zahlen Klärgas, etc MWh/Jahr vorliegen, auf den realen 861 Anlagen 659 MW(peak) Produktionsdaten für ein volles Kalenderjahr. 3) Die zugrundeliegenden EEG-Anlagen entsprechen dem Stand der Meldungen vom Erneuerbare Stromproduktion Solarstrom Anlagen MW(peak) Windkraft Anlagen MW(peak) Geothermie 6 Anlagen 12 MW(peak) MWh/Jahr MWh/Jahr MWh/Jahr MWh/Jahr Stand : TOP 10 dieser Region 21 % EE Bundesrepublik Deutschland Die Region "Bundesrepublik Deutschland" hat folgende Spitzenreiter: 71 % EE Brandenburg 50 % EE Schleswig-Holstein 47 % EE Sachsen-Anhalt 47 % EE Mecklenburg-Vorpommern 39 % EE Niedersachsen 22 % EE Bayern 21 % EE Thüringen 18 % EE Rheinland-Pfalz 14 % EE Sachsen 14 % EE Saarland Hinweis:

19 Wo steht der Landkreis Necker-Odenwald? DGS SONNENENERGIE EnergyMap RAL Solar DGS Thüringen DGS Franken DGS Berlin-Brandenburg DGS Oberbayern FAQ Kontakt Impressum Energiekarte Energieregionen Die "Gesetzesbrecher" Daten Download Landkreis NECKAR-ODENWALD-KREIS 41 % EEG-Strom Stromverbrauch: MWh/Jahr Einwohner: Bürger Fläche: km2 Anmerkungen: 1) Die regionalen Verbrauchsdaten sind Schätzungen auf der Basis des durchschnittlichen Stromverbrauches in der Bundesrepublik. 2) Die Berechnungen der EE- Stromproduktion basieren, sofern entsprechende Zahlen vorliegen, auf den realen Produktionsdaten für ein volles Kalenderjahr. 3) Die zugrundeliegenden EEG-Anlagen entsprechen dem Stand der Meldungen vom Erneuerbare Stromproduktion Solarstrom Anlagen 116 MW(peak) Windkraft 26 Anlagen 46 MW(peak) Wasserkraft 21 Anlagen 9 MW(peak) Biomasse 30 Anlagen 45 MW(peak) Klärgas, etc 1 Anlagen 0 MW(peak) Geothermie 0 Anlagen 0 MW(peak) MWh/Jahr MWh/Jahr MWh/Jahr MWh/Jahr MWh/Jahr 483 MWh/Jahr 0 MWh/Jahr Stand : TOP 10 dieser Region 21 % EE Bundesrepublik Deutschland 13 % EE Baden-Württemberg 11 % EE Karlsruhe 41 % EE Neckar-Odenwald-Kreis Die Region "Neckar-Odenwald-Kreis" hat folgende Spitzenreiter: 225 % EE Neckarzimmern 161 % EE Neckargerach 112 % EE Obrigheim (Baden) 95 % EE Buchen (Odenwald) 80 % EE Rosenberg (Baden) 72 % EE Mudau 62 % EE Ravenstein (Baden) 54 % EE Hardheim (Odenwald) 45 % EE Walldürn / Storchhof 40 % EE Seckach

20 EE-Erzeugung Anlagenbestand kw(peak) Quelle: - Stand Feb GW 31 GW 6 GW

21 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung Quelle: - Stand Feb. 2012

22 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung Quelle: - Stand Feb % 70 %

23 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung Quelle: - Stand Feb % 50 %

24 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung Quelle: - Stand Feb % 87 %

25 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung Quelle: - Stand Feb % 96 %

26 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung Welche Bedeutung haben da Höchstspannungstrassen? 96 % Quelle: - Stand Feb. 2012

27 Strukturaspekt Verteilung Wind im Norden Stromautobahn?? 20 GW zusätzliche (entspricht PV-Zubau von 3 bis 4 Jahren) Sonne im Süden?

28 Strukturaspekt Verteilung MW (PV in 2012) Zubau in Schleswig-Holstein MW (PV in 2012) Zubau in Baden-Württemberg

29 Strukturaspekt Verteilung MW (PV in 2012)??? Zubau in Schleswig-Holstein MW (PV in 2012) Zubau in Baden-Württemberg

30 Strukturaspekt Netztopologie HöS HS NS/MS ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse

31 Strukturaspekt Netztopologie = = Overlay ca GW HöS HS NS/MS ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse

32 Strukturaspekt Netztopologie = = Overlay ca GW HöS HS NS/MS ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse

33 Strukturaspekt Netztopologie = = Overlay ca GW 100 GW PV! HöS HS NS/MS ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse

34 Strukturaspekt Netztopologie = = Overlay ca GW HöS HS NS/MS Gas ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse ca GW

35 Strukturaspekt Netztopologie die unteren Teile werden in Zukunft immer wichtiger! HöS HS NS/MS Gas ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse ca GW

36 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

37 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

38 a : d : h : m : s Jahre/Monate Tage Stunden Minuten (Milli-)Sekunden Lastausgleich

39 a : d : h : m : s Jahre/Monate Tage Stunden Minuten (Milli-)Sekunden Lastausgleich im Erneuerbaren Stromnetz Sommer Winter Tag Nacht Flaute Sturm

40 a : d : h : m : s EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, Dezember) Leistung (GW) Geothermie Laufwasser Onshore-Wind Photovoltaik Basislast Gesamtlast mit Lastmanagement Tag Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES

41 a : d : h : m : s EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, Dezember) Leistung (GW) Geothermie Basislast Laufwasser Onshore-Wind Gesamtlast mit Lastmanagement Bedarf: ca. 14 TWh mit bis 50 GW Photovoltaik Tag

42 a : d : h : m : s EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, Dezember) Leistung (GW) Geothermie Basislast Biogas + Erdgasnetz + Blockheizkraftwerke Laufwasser Onshore-Wind Gesamtlast mit Lastmanagement Bedarf: ca. 14 TWh mit bis 50 GW Photovoltaik Tag

43 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES

44 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW kalte Winter Tag & Nacht kalte Winter -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES

45 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES

46 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat

47 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke CnHm

48 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke

49 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Brennstoff Es gilt 400 TWh Brennstoff von der Straße in den Keller zu verlagern!

50 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Brennstoff Es gilt 400 TWh Brennstoff von der Straße in den Keller zu verlagern!

51 Elektromobilität?

52 Die E-Fahrzeugklassen Pedelec, E-Bike Scooter, Motorrad E-Mobil E-Auto Elektrobus Straßenbahn Eisenbahn Schiffe,...

53 Die E-Fahrzeugklassen Pedelec, E-Bike Scooter, Motorrad E-Mobil Elektrobus Straßenbahn Eisenbahn E-Auto

54 Kangoo 2002 Personen:! 5 Geschwindigkeit:! 100 km/h E-Auto Reichweite:! bis zu 80 km Antrieb:! 15 kw Elektro Vermarktung:! FR Status:! Kleinserie

55 E-Auto

56 Strategie

57 Tesla Model S Personen:! 7 Geschwindigkeit:! 200 km/h Reichweite:! bis 450 km Antrieb:! Elektro Vermarktung:! US, (EU) Status:! (Vor)Serie

58 Ein 80 kwh Akku hält ein Wohnhaus rund 10 Tage "am Laufen"

59

60

61 Strom gibt es ein Leben lang kostenlos

62

63 Die E-Fahrzeugklassen Pedelec, E-Bike Scooter, Motorrad E-Mobil Elektrobus Straßenbahn Eisenbahn E-Auto

64 Die E-Fahrzeugklassen... heute relevant Pedelec, E-Bike Elektrobus Scooter, Motorrad Straßenbahn E-Mobil Eisenbahn E-Auto

65 Kraftwerksbedarf für ein Pedelec Elektrobus Scooter, Motorrad Straßenbahn E-Mobil Eisenbahn E-Auto

66 Kraftwerksbedarf für ein Pedelec Stromverbrauch: ca 8 Wh/km * 5000 km/jahr = 40 kwh/jahr 40 W peak Solarstromanlagen- "Investment" = PV Leistung = 0,3 m 2 = PV Fläche

67 Kraftwerksbedarf für ein Pedelec ca EURO Stromverbrauch: ca 8 Wh/km * 5000 km/jahr = 40 kwh/jahr 40 W peak ca. 10 EURO/a Solarstromanlagen- "Investment" = PV Leistung ca. 60 EURO = 0,3 m 2 = PV Fläche

68 Die neue Elektromobilität

69 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Brennstoff Es gilt 400 TWh Brennstoff von der Straße in den Keller zu verlagern!

70 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Brennstoff Es gilt 400 TWh Brennstoff von der Straße in den Keller zu verlagern!

71 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES

72 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat

73 Chemisch Strom Mechanisch

74 Chemisch Strom Mechanisch

75 Flüssig-Metall-Batterien (z.b. AMBRI) CHARGED STATE recreating Mg electrode EMS %& +, %&'!( "##)* dealloying Mg-Sb haltbar, haltbar, haltbar, billig %&!"#$!(!"#$ %&'!( "##)* DISCHARGED STATE consuming Mg electrode %& +, %&'!( "##)* forming Mg-Sb alloy D Quelle: ,04, Mangan-Antimon Batterie bei 700 Grad Celsius

76 Lithium-Titanat (z.b. Toshiba SCiB) haltbar, sicher, leistungsfähig Quelle: Toshiba Inc.,

77 Lithium-Titanat (z.b. Toshiba SCiB) haltbar, sicher, leistungsfähig Quelle: Toshiba Inc.,

78 Chemisch Strom Mechanisch

79 "Auto - USV" "Haus - USV" "Regio - USV" Pumpspeicher

80 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" Leistung 0,2 kw Reaktionszeit max. 1 sec Netzanschluss Niederspannung "Haus - USV" "Regio - USV" Pumpspeicher 3-10 kw kw 1 GW max. 1 sec max. 1 sec 60 bis 120 sec Niederspannung Mittel-/Hochspannung Hoch-/Höchstspannung

81 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" Leistung 0,2 kw Speicherkapazität 0,5 kwh Flächenverbrauch faktisch 0 qm "Haus - USV" "Regio - USV" Pumpspeicher 3-10 kw kw 1 GW 5-15 kwh kwh 5-10 GWh faktisch 0 qm 160 qm qm

82 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" * 50 Mio Autos = Leistung "Haus - USV" * 10 Mio Haushalte = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = x 50 Mio. x GW GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität 25 GWh GWh 60 GWh 50 GWh Flächenverbrauch faktisch 0 qm faktisch 0 qm qm qm

83 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" * 50 Mio Autos = "Haus - USV" * 10 Mio Haushalte = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 105 GW GW 10 GW GW Speicherkapazität 25 GWh GWh 60 GWh GWh Flächenverbrauch faktisch 0 qm faktisch 0 qm qm qm

84 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw Speicherkapazität kwh Verfügbarkeit "Elektromobil" 50 Mio. Autos * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = 10 GW 10 GW 60 GWh 50 GWh 100 % 100 %

85 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" 50 Mio. Autos * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh GWh 60 GWh 50 GWh Verfügbarkeit 100 % 100 % 100 %

86 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh GWh 60 GWh 50 GWh Verfügbarkeit 100% % (??) 100 % 100 %

87 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh GWh 60 GWh 50 GWh Verfügbarkeit 20% % 100 % 100 %

88 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" Pumpspeicher * 10 Standorte = GWh 60 GWh 50 GWh min GWh * Standorte = Unser täglicher Stromverbrauch liegt derzeit bei 50 GWh GWh

89 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw Speicherkapazität kwh Haben unsere Pumpspeicher "Elektromobil" wirklich "Regio - USV" * 50 Mio Autos = GW * Standorte = eine Systemrelevanz? 10 GW Pumpspeicher * 10 Standorte = 10 GW GWh 60 GWh 50 GWh Unser täglicher Stromverbrauch liegt derzeit bei 50 GWh GWh

90 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" Pumpspeicher * 10 Standorte = GWh 60 GWh 50 GWh min GWh * Standorte = Unser täglicher Stromverbrauch liegt derzeit bei GWh

91 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" "Regio - USV" Pumpspeicher Euro Euro Euro Stromspeicher Stromspeicher Stromspeicher + Lastverlagerung dezentral dezentral zentral

92 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" "Regio - USV" Pumpspeicher Euro Euro Euro Stromspeicher Stromspeicher Stromspeicher + "eh scho' da" + Lastverlagerung NS bis MS NS bis MS HöS

93 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" "Regio - USV" Pumpspeicher Euro Euro Euro Stromspeicher Stromspeicher Stromspeicher Null Cent weil + Lastverlagerung "eh scho'da" dezentral dezentral zentral

94 Chemisch Strom Mechanisch

95 Chemisch Strom Mechanisch

96 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Akku -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES

97 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

98 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

99 Strukturaspekt... Anlagengröße... heute eine, bald zig Millionen Stück Quelle: - Stand Feb. 2013

100 Strukturaspekt... Anlagengröße = kleine Anlagen... heute eine, bald zig Millionen Stück Quelle: - Stand Feb GW (60% der PV bis 100 kw)

101 Strukturaspekt... Anlagengröße = kleine Anlagen ergibt automatisch zig Millionen "egoistische" Akteure teilen sich ein Stromnetz

102 Netzmanagement im Solarzeitalter x-millionen dezentrale (egoistische) Akteure es wird keine zentrale Leitstelle geben Verbraucher werden sich aus dem System verabschieden Sehr dynamische und regionale Systeme Dezentral starke Leistungsschwankungen Dynamisch kurze Reaktionszeiten Cyberwar you ain't seen nothing yet Resourcenmangel wird die Menschen nicht "netter" machen das "sichere" Smart Grid? sichere Computer? Eigensicher?

103 Krisenfestigkeit bedeutet?

104 Krisenfestigkeit bedeutet Quelle: Spiegel Online,

105 Krisenfestigkeit bedeutet Cyberwar dass unser Stromnetz auch ohne Leitstelle stabil bleiben muss. möglichst problemlos in kleine Teilsysteme Energiekrise zerfallen können muss.

106 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

107 Biomasse Strom Wärme Mobilität 1. Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management

108 Biomasse Strom Wärme Mobilität

109 Politische Maßnahmen 1. Gaseinspeisegesetz 2. I.D.E.E. für netzfreundliche E-Mobile % EE-Gridcode

110 Merke! Elektromobile passen optimal zu Erneuerbaren Energien!

111 Merke! Massenprodukte (PV + BHKW + EV) werden immer stärker unser Energiesystem prägen."

112 Merke! Erzeugung und Speicherung werden auch zukünftig die räumliche Nähe suchen."

113 Tomi Engel