EnEff:Wärme Dezentrale Stromversorgungskonzepte

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1 EnEff:Wärme Dezentrale Stromversorgungskonzepte Projektverbundtreffen Projektverbund EnEff:Wärme Thermische/elektrische KWK-Vernetzung (Förderkennzeichen A-F) 10. Oktober 2013 München 1 Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03ET1042D gefördert und von dem Projektpartner EnBW Energie Baden-Württemberg AG unterstützt.

2 Zeitplan 10:00-10:15: 10:15-11:00: 11:00-11:45: 11:45-12:30: 12:30-13:15: 13:15-14:00: 14:00-14:45: Vorstellung der FfE Ergebnisse FfE München, Diskussion Ergebnisse TU München, Diskussion Mittag Ergebnisse TU Dresden, Diskussion Ergebnisse TUBA Freiberg, Diskussion Besichtigung FfE 2

3 3 Vorstellung der FfE e.v.

4 Gliederung 1. Auswirkungen von PV-Eigenverbrauch 2. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von PV-Anlage und Akkumulator 3. Autarkie mit PV-Anlage und Akkumulator 4. Prüfstand: Sonnenbatterie 5. Simulation eines Systems mit PV-Anlage, Wärmepumpe und thermischen Speicher 6. Ökobilanzierung dezentraler Energiesysteme 7. Zwischenfazit 8. Ausblick 4

5 EEG-Umlage in ct/kwh * bzw. ct 2008 /kwh ** Entwicklung der Strompreise Prognosen der EEG-Umlage Nach Leitszenario 2008 und tatsächliche Entwicklung bis Prognose 2014: 6,3 ct 7,0 6,0 6,5 6,3 Tatsächlich * Sz. Niedrig 2008 ** 5,0 4,0 3,53 3,59 5,277 Sz. Basis 2008 ** Sz. Hoch 2008 ** 3,0 2,0 1,0 2,05 1,12 1,02 1,13 0,88 0,58 0,68 0,41 0, Quelle: Prognosewerte nach BMU Wenzel, Bernd Dr.; Nitsch, Joachim Dr.: Ausbau Erneuerbarer Energien im Strombereich bis zum Jahr 2030 EEG- Vergütungen, -Differenzkosten und -Umlage sowie ausgewählte Nutzeneffekte. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Dezember 2008

6 Entwicklung der Strompreise Belastungen 2013 EEG-Umlage: 5,28 ct/kwh Offshore-Haftungsumlage: ca. 0,25 ct/kwh KWK-Aufschlag: 0,13 ct/kwh 19 StromNEV-Umlage*: 0,33 ct/kwh Netzentgelte: ca. 5-7 ct/kwh Stromsteuer: 2,05 ct/kwh Konzessionsabgabe: bis zu 2,39 ct/kwh Mehrwertsteuer: 19 % 6 Quellen: EEG/KWK-G (Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber), FfE-Daten *) Umlage zum Ausgleich der Netzentgeltbefreiung bestimmter Letztverbraucher

7 Vergleich von Strompreis und EEG-Vergütung [ct/kwh] Auswirkungen von PV-Eigenverbrauch Strompreis Vergütung Entwicklung des Haushaltsstrompreises und der EEG-Vergütung von PV-Anlagen < 30 kw / < 10 kw, Daten nach /BDEW-04 13/, /BNETZA-04 12/ 7 Quellen: BDEW-04 13: BDEW-Strompreisanalyse Mai Haushalte und Industrie. Berlin: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft BNETZA-04 12: Monitoringbericht Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen, Bundesnetzagentur, 2012

8 Vergleich von Strompreis und EEG-Einspeisevergütung, 2013 [ct/kwh] Anreiz für PV-Eigenverbrauch MwSt. Erzeugung und Vertrieb (ohne Grundgebühr) Netznutzung 20 Anreiz für Eigenverbrauch Stromsteuer Konzessionsabgabe II II I 19 StromNEV-Umlage Offshore-Haftungsumlage KWK-Umlage EEG-Umlage Stromgroßhandelspreis Vergütung abzgl. Stromgroßhandelspreis I I direkt gekoppelte umlagefähige entgangene Einnahmen II nicht direkt umlagefähige, entgangene Einnahmen Vergleich von Haushaltsstrompreis und EEG-Vergütung für Photovoltaikanlagen bis 10 kw für Januar 2013, Daten nach /BDEW-04 13/, /BNETZA-04 12/ 8 Quellen: BDEW-04 13: BDEW-Strompreisanalyse Mai Haushalte und Industrie. Berlin: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft BNETZA-04 12: Monitoringbericht Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen, Bundesnetzagentur, 2012

9 Annahmen für die Berechnung der Kosten des Eigenverbrauchs Ausbau Photovoltaik Ausbaustruktur Photovoltaik, Dachflächenanlagen Preisentwicklung Eigenverbrauchsentwicklung 3,9 GW jährlich mit gleichmäßiger Verteilung auf die einzelnen Monate, davon 92 % auf Dachflächen ab % des Ausbaus auf Dachflächen 52 GW-Deckel: Ende 2017/ Anfang 2018 < 20 kw: 37,8 % - Privathaushalte: 74 % - GHD u. Industrie: 3 % - Landwirtschaft: 23 % 20 kw bis 1000 kw: 60,5 % - Privathaushalte: 24 % - GHD u. Industrie: 39 % - Landwirtschaft: 37 % jährliche Strompreissteigerung: 6 % jährliche Strompreissteigerung aufgeteilt auf die Komponenten: - EEG-Umlage - KWK-Umlage - MwSt. - Netznutzung Privathaushalte: - Lineare Steigerung von 30 % im Jahr 2013 auf 60 % für Anlagen mit Installation im Jahr 2018 GHD, Industrie, Landwirtschaft: - Lineare Steigerung von 0% im Jahr 2013 auf 90 % für Anlagen mit Installation im Jahr 2018 Mittlere jährliche Erzeugung von 950 kwh/kw p > 1000 kw: 1,6 % - GHD u. Industrie: 60 % - Landwirtschaft: 40 % EEG-Vergütung: monatliche Degression von 1,4 % 9

10 Vergleich von Strompreis und EEG- Einspeisevergütung [ct/kwh] Haushaltsstrompreis vs. EEG-Vergütung für PV MwSt. Erzeugung und Vertrieb (ohne Grundgebühr) Netznutzung Stromsteuer Konzessionsabgabe 19 StromNEV-Umlage Offshore-Haftungsumlage KWK-Umlage EEG-Umlage Stromgroßhandelspreis Vergütung abzgl. Stromgroßhandelspreis Entwicklung von Haushaltsstrompreis, EEG-Einspeisevergütung für PV-Anlagen < 10 kw und Stromgroßhandelspreis von 2013 bis

11 Einnahmen und Ausgaben durch Eigenverbrauch, absolut [Mrd. ] Auswirkungen von PV-Eigenverbrauch 2,0 Netznutzung 1,8 Stromsteuer II 1,6 Konzessionsabgabe 1,4 19 StromNEV-Umlage 1,2 Δ=1,5 Mrd. Offshore-Haftungsumlage 1,0 II KWK-Umlage I 0,8 0,6 0,4 I EEG-Umlage Stromgroßhandelspreis Vermiedene Vergütung aus Zubau ab 2013, abzgl. Stromgroßhandelspreis Vermiedene Vergütung, EV-Option bis ,2 0,0 Entgangene Einnahmen durch vermiedenen Netzbezug Vermiedene Vergütungszahlungen durch Eigenverbrauch I II direkt gekoppelte umlagefähige entgangene Einnahmen nicht direkt umlagefähige entgangene Einnahmen Vergleich von entgangenen Einnahmen und vermiedenen Ausgaben ab dem Jahr

12 KfW-Programm Erneuerbare Energien Speicher Ziel: Förderung Systemen bestehend aus PV-Anlage und Speichersystem Zinsgünstiges Darlehen der KfW (für die Gesamtinvestition) Zinsen hängen von gewählter Laufzeit und Einstufung der Preisklasse ab Tilgungszuschüsse des BMU (für Investition in Speichersystem) Randbedingungen: PV-Anlage: Nennleistung: maximal 30 kwp Maximale Einspeiseleistung am Netzanschlusspunkt: maximal 60 % der Nennleistung Fördermodalitäten: Bei Neuanschaffung PV-Anlage + Speichersystem: maximale Förderung von 600 /kwp Berechnung Förderung: Kosten Speichersystem Nennleistung PV Anlage 0,3 [ kwp ] 12

13 PV-Anlage Speicher Strombezug EEG Einspeisung Gesamt PV-Anlage Speicher Strombezug EEG Einspeisung Gesamt PV-Anlage Speicher Strombezug EEG Einspeisung Gesamt /a (real) KfW-Speicherförderung Wirtschaftlichkeitsvergleich Annahmen zur Speicherförderung: Neuanschaffung von PV-Anlage und Speichersystem Nominaler Zinssatz von 5 % (anstelle 8 %), Betrachtungszeitraum 20 Jahre Jährliche Tilgung ohne tilgungsfreie Anlaufjahre (anstelle vierteljährlicher Tilgung) Vier-Personen-Haushalt: rund kwh/a Stromverbrauch Anlagen: PV-Anlage 4,5 kwp; Li-Ionen-Speichersystem: 5,4 kwh, 80 % DOD Speicherförderung Strombezug Netz PV-Anlage, EV+Einspeisung PV-Anlage mit Speichersystem 13

14 PV-Anlage Strombezug Speicher Gesamt PV-Anlage Strombezug Speicher Gesamt PV-Anlage Strombezug Speicher Gesamt ct/kwh KfW-Speicherförderung Wirtschaftlichkeitsvergleich Stromgestehungskosten Kosten pro durchgesetzter kwh Gesamt Strombezug Netz PV-Anlage, EV+Einspeisung PV-Anlage mit Speichersystem 14

15 Autarke Stromversorgung für den Modellhaushalt Erreichbarer ED Abhängig von solarem Input (abzüglich Speicherverlusten) gegenüber dem Strombedarf Tagesspeicherung Bis ~ 10 kwh nutzbare Batteriekapazität Saisonaler Ausgleich >> 10 kwh nutzbare Batteriekapazität SOC max Jahr SOC min SOC max 15 Woche SOC min

16 Schaltlogik Messschema Sonnenbatterie PV- Simulator Generator PV-Wechselrichter Platinum 4300TL DC Batteriesystem Sonnenbatterie M AC Batterieumrichter AC Batterie P MAX U MPP,MAX 4,3 kw 710 V DC Stromnetz Hausverteilung Zellchemie Li-Fe-YPO 4 E Nutzbar 8,1 kwh 26 V U Nenn 16

17 Messtechnik PV-Anlage: PV-Simulator: SM U max : 600 V I max :10 A Verbraucher: Schaltbarer Verteilerkasten + Tauchsieder 25 W, 50 W, 100 W, 300 W, 1000 W Leistungsmessung: LMG500 ZES 6 Kanal Leistungsmessgerät 17

18 Simulationsergebnisse Typjahr mit Sonnenbatterie Die Effizienz des Gesamtsystems Sonnenbatterie (Hausspeichersystem und PV- Wechselrichter) beträgt 83 % Ohne Hausspeichersystem liegt die Effizienz bei 90 % Speichernutzungsgrad : 77% Netzbezug der Sonnenbatterie durch Notladung der Batterie 18

19 Gewählte Parameter für die Simulation PV-Anlage und Wärmepumpe in einem 4-Personenhaushalt Simulationsparameter Haushalt Wärmepumpe Standort Rosenheim Nennleistung 10 kw Personenanzahl 4 Pers. Wärmepumpentyp Sole/Wasser Wohnfläche 160 m² Wärmequelle Kollektor, 2m Tiefe Strombedarf, ohne WP kwh Thermischer Speicher Wärmebedarf 70 kwh/(m²*a) T Heizen,VL 32 C Heizungstyp Fußboden T Heizen,RL 25 C PV-Anlage T Heizungsraum 18 C Installierte Leistung 4,5 kw p T Kaltwasser 10 C Modultyp Dünnschicht T Speicher,Max 45 C Azimut 0 Volumen 1000 l Dachneigung 30 19

20 Leistung [W] Simulationsergebnisse PV_Überschuss P_PV_AC P_Last_WP PV_EV_HH P_Last_Ges P_Last_HH :15 4:15 8:15 12:15 16:15 20:15 FfE enbw-09#p_dezentrale_stromversorgungskonzepte_ev_00136 Tagesverlauf der PV-Erzeugung und des Strombedarfs (Haushalt mit Wärmepumpe) an einem Wintertag 20

21 Eigenverbrauchsquote [%] Eigendeckung [%] Simulationsergebnisse 60% PV und WP PV 60% PV und WP PV 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% FfE enbw-09#p_dezentrale_stromversorgungskonzepte_ev_00137 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0% FfE enbw-09#p_dezentrale_stromversorgungskonzepte_ev_00138 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Einfluss der Wärmepumpe auf die Eigenverbrauchsquote und die Eigendeckung 21

22 Jahresverbrauch und Erzeugung [kwh/a] Jahresverbrauch und -erzeugung System PV + Wärmepumpe thermische Erzeugung, WP Jahresstrombedarf, WP Jahresstrombedarf, HH Jahresstrombedarf, ges elektrische Erzeugung, PV Einspeisung, PV Netzbezug

23 23 Ökobilanzierung dezentraler Energiesysteme

24 Ökobilanzierung dezentraler Energiesysteme Umweltauswirkungen von verschiedenen Heizsystemen, Daten nach ecoinvent v2 24

25 Zwischenfazit PV-Eigenverbrauch ist wirtschaftlich vorteilhaft für den Anlagenbetreiber PV-Eigenverbrauch führt zu einer teilweisen Verlagerung der Kosten für die Energiewende zu Lasten der Stromverbraucher ohne PV-Anlage PV-Anlage und Akkumulator sind in der Regel trotz Fördermaßnahme noch nicht wirtschaftlicher als reiner Strombezug aus dem Netz Der GWP 100a Indikator verläuft in der Tendenz ähnlich wie andere Ökoindikatoren, so dass CO 2 -Maßnahmen neben ihrer Klimawirksamkeit meist auch ökologisch vorteilhaft sind 25

26 Ausblick Aufstellung von Regel- und Optimierungsalgorithmen, die das System PV, WP und thermischen Speicher wirtschaftlicher machen Analyse und Aufstellung von Regel- und Optimierungsalgorithmen weiterer dezentraler Energiesysteme mit dem Simulationstool, z.b. Mikro-KWK Brennstoffzellen Redox-Flow-Batterien Einbeziehung von Gewerbelastgängen Möglichkeiten des Anbietens von Systemdienstleistungen, Regelleistung 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Thomas Staudacher +49 (89) Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München 27