POWER-TO-HEAT - UND POWER-TO-GAS - KETTEN ZUM AUSGLEICH VON ERNEUERBAREM ÜBERSCHUSSSTROM

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Arthur Beltz
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1 POWERTOHEAT UND POWERTOGAS KETTEN ZUM AUSGLEICH VON ERNEUERBAREM ÜBERSCHUSSSTROM Dialogplattform Power to Heat Goslar, 5. Mai 215 Christine Brandstätt in Zusammenarbeit mit Max Fette, Sabine Meyer und anderen Ergebnisse des Forschungsprojekts MultiGridStorage 1

2 Agenda Flexibilität durch P2H Modellierung in MuGriFlex Szenarien verschiedener Rahmenbedingungen Schlussfolgerungen Bildquelle: faz.net 2

3 Residuallast [GW] Ausgleichsbedarf in der Stromversorgung geordnete Dauerlinie der Residuallast bei hohen EEAnteilen rund 25 Stunden mit Überschüssen Quelle Daten: Krzikalla et al Jahresstunden immer häufiger Überschüsse, die eingespeichert werden müssen Zeiträume mit Unterdeckung, wenn ausgespeichert werden kann, dominieren 3

(virtueller Energiefluss) eingespartes Gas (virtueller Energiefluss) H 2

4 Wärme Analysierte Speicherketten Stromüberschuss Wärmepumpe Elektrokessel Elektrolyseur Wärme H 2 Wärmenetz Gaskessel KWKAnlage SPEICHER eingespartes Gas (virtueller Energiefluss) eingespartes Gas (virtueller Energiefluss) H 2 Methanisierung Gasnetz H 2 KWKAnlage CH 4 CH 4 Wärmebedarf mit speicher Wärme Stromunterdeckung 4

5 Wärme Analysierte Speicherketten Stromüberschuss Wärmepumpe Elektrokessel Elektrolyseur Wärme H 2 Wärmenetz eingespartes Gas (virtueller Energiefluss) H 2 Methanisierung CH 4 Gaskessel KWKAnlage eingespartes Gas (virtueller Energiefluss) Gasnetz H 2 KWKAnlage CH 4 Wärmebedarf mit speicher Wärme Stromunterdeckung 5

6 Modellierung in MuGriFlex stundengenaue Simulaton der Speicherketten über ein Jahr anhand von variierenden Strompreisen und Wärmebedarf 6

7 Wärmeleistung [kw] Strompreis [ct/kwh] Einsatzplanung in MuGriFlex Wärmebedarf Strompreis 7, 6, 5, 8. 4, 6. 3, EK GK KWK Speicher Speicher 2, 1,, 1, Einsatz der günstigsten Wärmeversorgungsoption unter Berücksichtigung von Speicherkapazität und RampingKosten 7

8 Anlagenparameter Anlage Parameter Einheit mittleres Wärmenetz thermische Leistung kw th 2. Elektrokessel Arbeitszahl kw th,99 Investitionskosten thermische Leistung kw th 2. Wärmepumpe Arbeitszahl kw th 2,8 Investitionskosten thermische Leistung kw th 5. KWKAnlage elektrische Leistung kw el 5.73 Investitionskosten PEM Elektrolyser thermische Leistung kw th 2. Effizienz (heute / Zukunft) % 54 / 7 AL Elektrolyser thermische Leistung kw th 2. Effizienz (heute / Zukunft) % 67 / 7 SO Elektrolyser thermische Leistung kw th 2. Effizienz (heute / Zukunft) % 77 / 77 Gaskessel thermische Leistung kw th 2. Wärmespeicher thermische Leistung kwh th 3. Investitionskosten Wärmenetz Wärmebedarf MWh th /a thermische Spitzenlast kw th 2. mittleres Wärmenetz mit KWKAnlage, Gaskessel und Speicher Kombination mit Elektrokessel, Wärmepume oder Elektrolyseur 8

9 SpotPreis [ /MWh] StrompreisSzenarien Zukunft Spot 214 Spot 225 Spot 212 Reg (MW) 212 Reg (MWh) 212 Reg (+MW) 212 Reg (+MWh) 15 extremere Preise in den Zukunftsszenarien deutlichere Preisausschläge im Regelenergiemarkt 9

10 Betriebsstunden [h/a] Basisberechnungen EK x 1 WP KWK ohne P2H P2G wesentliche Einflussfaktoren: Strompreis, Abgaben / Förderung, Gaspreis minimaler EKEinsatz (212: 24h), maximal 1.1 h WPEinsatz Einfluss von P2H auf KWKAuslastung gering (max. minus 1,4%) 1

11 Amortisation [a] Bietriebsstunden [h/a] Variation der Stromabgaben I Wärmeketten 212: DayAhead Markt EK +WP WP EK 2 (2.) (4.) (6.) KWK (+EK) (+WP) (8.) Abgaben und Umlagen [ct/kwh] Auslastung und Amortisation verschlechtern sich durch die Kombination mit Elektrokessel und Wärmepumpe 11

12 Amortisation [a] Bietriebsstunden [h/a] Variation der Stromabgaben II Wärmeketten 212: DayAhead Markt + Minutenreserve 8. 2, KWK (+ Regel) +EK EK +WP EK + Regel WP + Regel WP 17,5 15, 12,5 1, (2.) (4.) (6.) KWK (+EK) (+WP) 7,5 5, 2,5 (8.), Abgaben und Umlagen [ct/kwh] Auslastung verändert sich kaum durch Regelenergie Amortisation verbessert sich nur geringfügig durch Regelenergie 12

13 Amortisation [a] Betriebsstunden [h/a] Variation der Stromabgaben III Wärmeketten in Zukunft KWK (+EK) (+WP) WP 3 25 EK 2 (2.) 15 (4.) 1 (6.) KWK (+EK) (+WP) 5 (8.) Abgaben und Umlagen [ct/kwh] höhere Betriebsstunden für Elektrokessel und Wärmepumpen Auslastung und Amortisation des KWKSystems verschlechtert sich 13

14 Amortisationszeit [a] Betriebsstunden [h/a] Variation der Stromabgaben IV Wärmeketten 212: anteilige Abgaben WP KWK (+EK) (+WP) EK KWK (+EK) (+WP) Aufschlag [%] höhere Betriebsstunden für Elektrokessel und Wärmepumpen Auslastung und Amortisation des KWKSystems verschlechtert sich 14

15 Amortisation [a] Betriebsstunden [h/a] Variation der Stromabgaben V Gasketten (SOElektrolyse) 212 und in Zukunft Zukunft Zukunft Abgaben und Umlagen [ct/kwh] Gasketten auch unter künftigen Bedingungen kaum wirtschaftlich bei Förderung wirtschaftlich, aber mit hohen Betriebsstunden 15

16 Amortisationszeit [a] Volllaststunen [h/a] Variation des KWKGZuschlags Wärmeketten 212 und in Zukunft (2.) (4.) (6.) (8.) Zukunft Zukunft WP EK KWK(+WP) (+EK) Gesamtsystem (KWK+EK /+WP) bei gegenwärtigem KWKGZuschlag nur eingeschränkt wirtschaftlich auch bei extremeren Strompreisen KWK KWKGZuschlag [ct/kwh]

17 Amortisationszeit [a] Betriebsstunden [h/a] Variation des Gaspreises I Wärmeketten KWK WP (2.) EK KWK +EK 2 15 (4.) KWK +WP 1 (6.) 5 (8.) Gaspreis [ct/kwh] schlechtere Auslastung und Amortisation von Gaskessel und KWK Wärmepumpe wird bei hohen Gaspreisen wirtschaftlich 17

18 Amortisationszeit [a] Betriebsstunden [h/a] Variation des Gaspreises II Wärmeketten in Zukunft KWK WP 25 (2.) EK 2 15 (4.) (6.) KWK (+EK) KWK +WP 1 5 (8.) Gaspreis [ct/kwh] ähnliche Auslastung und Amortisation bessere Wirtschaftlichkeit bei leicht höheren Gaspreisen 18

19 Amortisationszeit [a] Betriebsstunden [h/a] Variation des Gaspreises III Gasketten (SOElektrolyse) 212 und in Zukunft Zukunft (2.) (4.) (6.) Zukunft (8.) Gaspreis [ct/kwh] bessere Auslastung und Amortisation bei hohen Gaspreisen Wirtschaftlichkeit nur bei sehr hohen Gaspreisen erreicht 19

20 Schlussfolgerungen nur wenige Speicherketten unter gegenwärtigen Bedingungen wirtschaftlich Systemdienlichkeit eher zufällig angemessene Bedingungen müssen aktiv geschaffen werden (entwickeln sich nicht automatisch) stärkerer Preisspread und niedrigere Investitionskosten reichen nicht Abgaben, Förderung und Gaspreise haben einen starken Einfluss Wechselwirkungen bei Anpassung der Bedingungen zu berücksichtigen höhere Auslastung von EK und WP zulasten der KWKAnlage und der gesamten Amortisation Systemdienlichkeit nur durch Betrieb der Anlagen zur richtigen Zeit zeitabhängige Systeme, wie etwa Regelenergiemarkt oder anteilige Abgaben, vielversprechender als generelle Mechanismen 2

21 DANKE FÜR IHRE ZEIT UND AUFMERKSAMKEIT. Stellen Sie gerne noch Fragen. Christine Brandstätt M.Sc. Fraunhofer IFAM Energiesystemanalyse +49 ()

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