PV und Windkraft: sich hervorragend ergänzende Energietechnologien am Beispiel Mitteldeutschlands

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1 PV und Windkraft: sich hervorragend ergänzende Energietechnologien am Beispiel Mitteldeutschlands Ann-Katrin Gerlach und Christian Breyer 27. Symposium Photovoltaische Solarenergie Bad Staffelstein, 1. März 2012

2 PV und Windkraft weltweit: Technisches Potential Wesentliche Erkenntnisse: kein Mangel an Energieressourcen aber, ein Mangel an Weisheit sie zu nutzen PV und Wind Ressourcen sind zugänglich in allen Weltregionen PV Ressourcen sind homogener verteilt als die Wind Ressourcen 2 Quelle: Gerlach A.-K., Breyer Ch., et al., PV and Wind Power Complementary Technologies, 26 th EU PVSEC, Hamburg

3 PV und Wind weltweit: Komplementäre Technologien Definitionen: Überdeckungs VLh PV und Windkraft speisen Leistung zur identischen Zeit ein Kritische Überdeckungs VLh Summe von PV-Wind VLh bei mehr als 1 GW, bei jeweils 1 GW angenommener Nennkapazität beides im Verhältnis zu den gesamten VLh Wesentliche Erkenntnisse: PV und Windkraft sind weltweit komplementär zueinander PV und Windkraft weisen fast keine Ressourcenkonkurrenz zueinander auf 3 Quelle: Gerlach A.-K., Breyer Ch., et al., PV and Wind Power Complementary Technologies, 26 th EU PVSEC, Hamburg

4 Mitteldeutschland: Ressourcenverfügbarkeit Daten: NASA Surface Meteorology ans Solar Energy SSE Release Jahre, 1 h zeitaufgelöst und 0,45 ortsaufgelöst PV: 1 GW Kraftwerk modelliert (optimierte Aufständerung, temperatur- und einstrahlungsabhängig, c-si Module, Zentralwechselrichter) Wind: 1 GW Kraftwerk modelliert (7,5 MW E-126 mit 150 m Nabenhöhe) 4

5 Mitteldeutschland: Leistungsverfügbarkeit Elektrische Leistung bei PV proportional zur Einstrahlung bei Windkraft in 3. Potenz abhängig von Windgeschwindigkeit Leistungsdauerlinie PV: Gleichzeitigkeitsfaktor ergibt maximal 70 % der Nennkapazität und ca VLh Windkraft: Nennkapazität wird erreicht bei ca VLh 5

6 Mitteldeutschland: Saisonale Verfügbarkeit PV und Windkraft ergänzen sich saisonal hervorragend maximale VLh werden kaum, aber minimale VLh drastisch erhöht Last in Deutschland: maximal im Winter und minimal im Sommer, wird ideal mit PV und Windkraft gemeinsam abgedeckt 6

7 Mitteldeutschland: Leistungsverfügbarkeit PV Leistungsverfügbarkeit Windkraft Leistungsverfügbarkeit Überdeckungs VLh [min(pv,wind)] kritische Überdeckungs VLh [(PV,Wind) > 1 GW] 7

8 PV und Wind: stündliche Leistungseinspeisung PV Leistungsverfügbarkeit Windkraft Leistungsverfügbarkeit Überdeckungs VLh [min(pv,wind)] kritische Überdeckungs VLh [(PV,Wind) > 1 GW] 8

9 PV und Wind: stündliche Leistungseinspeisung häufig viel Wind und wenig PV, wenig Wind und viel PV, sowie Wind und PV in Teilleistung gleichzeitige Leistungsspitzen von PV und Wind nicht zu erwarten Komplementarität von PV und Windkraft saisonale Ergänzung von PV und Windkraft gleichzeitige Leistungsspitzen von PV und Wind nicht zu erwarten Komplementarität von PV und Windkraft 9

10 Energieverluste durch regulierte Einspeisung bei Akzeptanz von 3 % nicht genutzter Energie können die Leistungsspitzen erheblich reduziert werden zum Deckungsbeitrag einer Last von x GW können 2x GW PV und Windkraft Kapazitäten installiert werden 10

11 PV und Wind: Langzeitvariation von FLh PV VLh Variation geringer als bei Wind VLh im langjährigen Vergleich 11

12 Energiewende: 100% EE - Autarkie Speicher, täglich, dezentral 0% EE 100% Erdgas Speicher, täglich, zentral 100% EE 0% Erdgas Methan (Erdgas) GuD-Kraftwerk Photovoltaik Speicher, saisonal, zentral EE-Methan Anlage 12 Windkraft angelehnt an: Sterner M., Dissertation, Universität Kassel es fehlen (noch): Biogas dezentral/ Biomethan zentral Wasserkraft Kopplung Wärme Kopplung Mobilität Kopplung Verbundnetz

13 Energiewende 2020: 100% EE - Autarkie Annahmen: PV plus Speicher Netzparität Rest kostenoptimiert Netzebene Referenzjahre: 2020 (Kosten EE), 2005 (Wetter), 2010 (Lastgang) Capex: PV (1000 /kw), Wind (1000 /kw), Batterie (175 /kwh) WACC: 6,4 % VLh: PV (~ 1000), Wind (~ 2000) PV und Windkraft mit vergleichbarer Leistung Stundenspeicher erst dezentral dann zentral saisonaler Speicher ab % EE die ersten % EE senken sicher die Kosten 13

14 Energiewende 2030: 100% EE - Autarkie Annahmen: PV plus Speicher Netzparität Rest kostenoptimiert Netzebene Referenzjahre: 2020 (Kosten EE), 2005 (Wetter), 2010 (Lastgang) Capex: PV (730 /kw), Wind (1000 /kw), Batterie (100 /kwh) WACC: 6,4 % VLh: PV (~ 1000), Wind (~ 2000) PV und Windkraft mit vergleichbarer Leistung Stundenspeicher erst dezentral dann zentral saisonaler Speicher ab % EE die ersten 80 % EE sind kostenneutral 14

15 Zusammenfassung PV und Windkraft werden die wesentlichen Energiequellen im 21. Jht., aufgrund sehr guter Ressourcenverfügbarkeit PV und Windkraft ist weltweit komplementär, d.h. KEINE Konkurrenz zueinander in der Ressourcenverfügbarkeit PV und Windkraft ergänzen sich in (Mittel-)Deutschland sehr gut, sowohl stundenbasiert wie saisonal PV ist weniger fluktuierender als Windkraft zum Deckungsbeitrag einer Last von x GW können 2x GW PV und Windkraft Kapazitäten installiert werden PV und Windindustrie sollten deutlich stärker kooperieren für eine gelingende Energiewende Energiewende basierend auf PV und Windkraft ist die Minimalkostenoption 15

16 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! und unserem Kollegen Markus Hlusiak. 16