Bedeutung von Energiespeichern für das künftige Energiesystem der Schweiz

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1 Bedeutung von Energiespeichern für das künftige Energiesystem der Schweiz Jonas Mühlethaler, R&D Manager Samsung Hall, Dübendorf, 3. November 2017 Das Gesamtenergiesystem heute Holz Rohöl Haushalte Erdöl Industrie Gas Kernbrennstoffe Wasser Sonstige Erneuerbaren Service Transport Quelle: Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 2

2 Die Energiestrategie 2050 Einfluss ES 2050 Holz Rohöl Haushalte Erdöl Industrie Gas Kernbrennstoffe Wasser Sonstige Erneuerbaren Service Transport Quelle: Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 3 Die Energiestrategie 2050 Einfluss ES 2050 Holz Rohöl Erdöl Gas Kernbrennstoffe Wasser Sonstige Erneuerbaren Neuer Flexibilitätsbedarf! Haushalte Industrie Service Transport Quelle: Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 4

3 Flexibilitätsoptionen Neue flexible Kraftwerke (z.b. Gaskraftwerke) Netze (z.b. für Import / Export) Anpassung Verbrauch (Demand Side Management) Energiespeicher 5 Speicheranwendungen als Flexibilitätsressource Adequacy / Versorgungssicherheit Systemoptimierung durch Sektor- Kopplung» Eigenverbrauchsoptimierung» Microgrids «Klassische» Use Cases «Disruptive» Use Cases» Systemdienstleistungen» Engpassmanagement» Bilanzgruppenmng.» Arbitrage E-Mobility Quelle: Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 6

4 Speicheranwendungen als Flexibilitätsressource Adequacy / Versorgungssicherheit Systemoptimierung durch Sektor- Kopplung» Eigenverbrauchsoptimierung» Microgrids «Klassische» Use Cases «Disruptive» Use Cases» Systemdienstleistungen» Engpassmanagement» Bilanzgruppenmng.» Arbitrage E-Mobility Quelle: Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 7 Adequacy / Versorgungssicherheit Saisonale Herausforderung (1/4) Ausgangslage Trend durch Energiestrategie 2050» Höhere Stromproduktion im Sommer aufgrund vermehrter PV-Produktion» Reduktion Nutzung speicherfähiger, fossiler Energieträger Quellen: Bundesamt für Energie «Elektrizitätsstatistik 2016» und «Gesamtenergiestatistik 2016», VSG Jahresstatistik Ausgabe 2016 (Zusammengetragen von Prof. Dr. Markus Friedl, HSR Hochschule für Technik Rapperswil, IET Institut für Energietechnik) 8

5 Adequacy / Versorgungssicherheit Saisonale Herausforderung (2/4) 9 Adequacy / Versorgungssicherheit Saisonale Herausforderung (3/4)» Sektor-Kopplung am Beispiel Energieautarkes Mehrfamilienhaus in Brütten Quellen: 10

6 Adequacy / Versorgungssicherheit Saisonale Herausforderung (4/4)» Sektor-Kopplung und Nutzung von Wärme- und Gasspeicher als vielversprechend(st)er Ansatz für den saisonalen Ausgleich» Sektor-Kopplung in Konkurrenz zu Stromimport und/oder Gaskraftwerken» Grösste Herausforderung: Verluste bei Umwandlung von Energie zwischen Sektoren Ziel: Anzahl Umwandlungsschritte minim halten» Es braucht die richtigen Regulierungen, Markt-Mechanismen sowie politische Entscheidung zu CH-Eigenversorgungsgrad 11 Speicheranwendungen als Flexibilitätsressource Adequacy / Versorgungssicherheit Systemoptimierung durch Sektor- Kopplung» Eigenverbrauchsoptimierung» Microgrids «Klassische» Use Cases «Disruptive» Use Cases» Systemdienstleistungen» Engpassmanagement» Bilanzgruppenmng.» Arbitrage E-Mobility 3. November 2017 / Jonas Mühlethaler / Bedeutung von Energiespeichern für das künftige Energiesystem der Quelle: Schweiz Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 12

7 Systemdienstleistungen Speicher für Systemstabilisierung? (1/2) Einsatz von Systemdienstleistungen (Regelenergie für allfällige Schwankungen im Netz) Kraftwerksausfälle Fehler in der Prognose» Swissgrid aktiviert bei Schwankungen im Netz Regelenergie, um den Ausgleich wieder herzustellen» Neue Speichertechnologien können hier eine wichtige, systemoptimierende Rolle spielen» Z.B. zeichnet sich eine neue Herausforderung bzgl. Systemstabilität ab 13 Systemdienstleistungen Speicher für Systemstabilisierung? (2/2)» Reduktion konventioneller Produktion reduziert Systemträgheit und gefährdet damit die Netzstabilität» Batteriespeicher können dank ihrer schnellen Reaktionszeit eine Lösung bieten Bildquelle: TERNA 14

8 Speicheranwendungen als Flexibilitätsressource Adequacy / Versorgungssicherheit Systemoptimierung durch Sektor- Kopplung - Eigenverbrauchsoptimierung - Microgrids «Klassische» Use Cases «Disruptive» Use Cases» Systemdienstleistungen» Engpassmanagement» Bilanzgruppenmng.» Arbitrage E-Mobility 3. November 2017 / Jonas Mühlethaler / Bedeutung von Energiespeichern für das künftige Energiesystem der Quelle: Schweiz Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 15 Engpassmanagement Herausforderung: bestehende Engpässe im Schweizer Übertragungsnetz Strukturelle Engpässe 16

9 Engpassmanagement Speicher als Netz-Asset - Grundkonzept «Virtuelle Leitung» 160 [%] N-1 Las+luss Leitung Las/luss Limit [%] Las/luss ohne Massnahmen [%] Las/luss mit Einsatz Ba@erien [%] Stunden 17 Engpassmanagement Speicher als Netz-Asset Ein gerechnetes Beispiel Vanadium Flow Natrium-Schwefel Lithium Erdkabel 380-kV Erdkabel 220-kV Freileitung 380-kV Freileitung 220-kV Investitionskosten Ersatzkosten ~3x teurer ~12x teurer Gesamtkosten Annahmen:» Investitionskosten Li-Ion = 475 CHF/kWh» Ersatzkosten nach 10 Jahren Li-Ion = 189 CHF/ kwh Quelle für Kosten: Lazard s Levelized Cost of Storage 2.0, Kategorie «Peak Replacement» à Verhältnis Energie:Leistung = 1:4 18

10 Engpassmanagement Speicher als Netz-Asset Ein gerechnetes Beispiel Vanadium Flow Natrium-Schwefel Lithium Erdkabel 380-kV Erdkabel 220-kV Freileitung 380-kV Freileitung 220-kV Investitionskosten Gesamtkosten Ersatzkosten Annahmen:» Investitionskosten Li-Ion = 475 CHF/kWh» Ersatzkosten nach 10 Jahren Li-Ion = 189 CHF/ kwh Erkenntnisse» Nicht wirtschaftlich als Alternative zu Leitungsbau (zumindest heute)» Speicher nicht so flexibel wie Leitungen (eingeschränkte Energiekapazität)» Limitierte Anwendungsmöglichkeiten bei Speicher an Netzebene 1 19 Engpassmanagement Erhöhung Wirtschaftlichkeit durch Mehrfachnutzung Kundengruppe Speicheranwendungen Übertragungsnetz (ÜN) Ort des Speichers im Netz Verteilnetz (VN) Behind-the- Meter Swissgrid VNB / Elektrizitätsunternehmen Endkunden Engpassmanagement ÜN SDL Erbringung Energiearbitrage Bilanzgruppenmanagement Alternative Netzausbau / Engpassmanagement VN Microgrids Eigenverbrauch Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)» Nutzung von verteilten Speichern und Demand Side Management für (NE1-)Engpassmanagement zielführender 20

11 Speicheranwendungen als Flexibilitätsressource Adequacy / Versorgungssicherheit Systemoptimierung durch Sektor- Kopplung» Eigenverbrauchsoptimierung» Microgrids «Klassische» Use Cases «Disruptive» Use Cases» Systemdienstleistungen» Engpassmanagement» Bilanzgruppenmng.» Arbitrage E-Mobility Quelle: Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2016, BFE 21 Disruptive Anwendungen Preisentwicklung von Batterien» Batterie-Speicher führen zu einer beschleunigten Dezentralisierung des Energiesystems» Braucht es (fundamentale) Anpassungen in der Funktionsweise, wie das heutige Energiesystem betrieben wird? Bildquelle: blog.ebl.ch 22

12 Disruptive Anwendungen Wird ein Boom von dezentralen Batterien erwartet? Annahmen» Einfamilienhaus in Wohlen bei Bern (4 Personen, ca kwh)» Stromtarif = 25 Rp./kWh» Rücklieferpreis = 4 Rp./kWh 5 kwp + 13 kwh 5 kwp 10 kwp + 13 kwh 10 kwp Preisentwicklung PV und Li-Ion Batterien PV Installation Initial 2017 inkl. Einmalvergütung und Steuerabzug: 5 kwp: CHF kwp: CHF Li-Ion Batterien Initial 2017: 13 kwh: CHF Disruptive Anwendungen Grundüberlegung zu Speicher-Disruption» Eine Verbreitung von dezentralen (Batterie-)Speichern ist wahrscheinlich.» Anreize für ein systemdienliches Verhalten von Batteriespeichern sehr wichtig, um ein volkswirtschaftlich optimales System zu erhalten.» Branche sollte koordiniert einen Ansatz zur Nutzung der Flexibilität erarbeiten. 24

13 Disruptive Anwendungen Auslegeordnung für ein künftiges Systemdesign Hohe Durchgängigkeit (Netzebenen) Zentrale Optimierung des Gesamtnetzes Dezentrale Optimierung des Gesamtnetzes Zentrale Optimierung Beschränkte Optimierung «Heutige Welt» getrennt nach Spannungsebenen TSO vs. DSO Autarke Sub- Systeme Wahrscheinlich nicht zielführend in der Schweiz, wegen der wichtigen Rolle von Wasserkraft Dezentrale Optimierung Niedrige Durchgängigkeit Bildquelle: 25 Die bestehende Regulierung muss hinterfragt werden Stellschrauben» Gesamtheitliche, Sektorübergreifende Regulierung» Koordinierter Zugriff auf dezentrale Flexibilität» Mehrfachnutzung von Energiespeichern» Eigenverbrauchsregelung» Direktvermarktung erneuerbare Energien Bestehende Regulierung Alte Welt Neue Welt 26

14 Schlussfolgerungen» Speicher als Chance für die Umsetzung der Energiestrategie 2050» Speicher beeinflussen bestehende Geschäftsmodelle (disruptives Potential)» Hohe Komplexität: grosse Abhängigkeiten zwischen den Systemen und Akteuren Es braucht einen Dialog im Energiesektor zum Thema Speicher / Sektor-Kopplung 27 Acknowledgment: Vielen Dank für Angelos Selviaridis für die Erarbeitung der Grundlagen zu dieser Präsentation.