Grössere Stromspeicher als Teil des Stromsystems. Florian Kienzle, Smart Grid Spezialist ewz Forum Energie Zürich, 3.

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1 Grössere Stromspeicher als Teil des Stromsystems Florian Kienzle, Smart Grid Spezialist ewz Forum Energie Zürich, 3. Dezember 2013

2 Agenda. Warum überhaupt Stromspeicher? Grössere Stromspeicher Technologieüberblick Einbindung ins Stromsystem Fazit Folie 2

3 Warum überhaupt Stromspeicher? Angebot = Nachfrage (zu jedem Zeitpunkt!) Speicher können: Angebot anpassen Nachfrage anpassen Überschüsse aufnehmen Netzausbau vermeiden Speicher sind FLEXIBEL! Folie 3

4 Warum überhaupt Stromspeicher? Zwei Herausforderungen der Energiewende: Managen der Volatilität erneuerbarer Erzeugung, d.h. kontinuierlicher Ausgleich im Gesamtsystem via Markt (Aspekt Zeit) Netzanschluss der Erneuerbaren, d.h. Einhaltung von Stromund Spannungsgrenzen (Aspekt Zeit und Ort) Speicher Marktorientierte Flexibilität Speicher Netzorientierte Flexibilität Speicher Speicher Smart Smart Market Market Speicher Speicher Smart Smart Grid Grid Effizientere Energiewende Quelle Foto: fotolia Folie 4

5 Grössere Stromspeicher Technologieüberblick. Speicherklassifizierung nach Leistung und Kapazität. Beteiligungen Pumpspeicherkraftwerke Pilotprojekt Lithium-Ionen- BESS [Real. 2014] ETES Versuch Schwungrad im VBZ-Netz [2009] Pilotanlage mit ABB [Stopp 2013] Beteiligung Power- to-gas- Pilotanlage, DK [seit 2013] Quelle: Fraunhofer ISE

6 Grössere Stromspeicher Technologieüberblick. Speicherklassifizierung nach Leistung und Kapazität. Fokus des Vortrags ETES Quelle: Fraunhofer ISE

7 Redox-Flow-Batterien. Definiert Speicherkapazität Definiert Leistung SLAC, US DOE Prinzip verwandt mit Brennstoffzellen u. Akkus Stufe Pilot und Demo (Grösste Anlage weltweit: 5 MWh in Yokohama) Wirkungsgrad 65-70% (Labor 75%) Gut skalierbar (Leistung unabhängig von Energie) Aufladen durch Ersetzen des Elektrolyts E-Mobilität? Hohe Zyklenlebensdauer auch bei 100% Entladetiefe Geringe Energiedichte Bisher nur wenige kommerzielle Anbieter Folie 7

8 Druckluftspeicher. Wärmefreisetzung bei Kompression Erdgas (diabatisch) oder Wärmespeicher (adiabatisch) für Entspannung erforderlich Weltweit nur zwei diabatische Anlagen: Huntorf (DE), 321 MW, seit 1978 McIntosh (USA), 110 MW, seit 1991 Erprobt in 2 Anlagen (diabatisch) Grosse Speicherkapazität und Leistung Schwarzstartfähig Erdgas erforderlich (diabatisch) Geringer Wirkungsgrad (<50%) Wenig geeignete Standorte Folie 8

9 Elektrothermischer Energiespeicher (ETES). Kombination aus Wärmepumpe (Beladung) und Wärmekraftmaschine (Entladung) Arbeitsmedium CO 2, Speichermedium Wasser Eisspeicher auf kalter Seite Zielwirkungsgrad: 55-70% Am ABB-Forschungszentrum Dättwil entwickelt Ortsunabhängig installierbar Kaum Umwelteinflüsse Skalierbar Mögliche Synergien mit Abwärmenutzung Folie 9 Erst auf Stufe Konzept / Pre-Engineering

10 Power-to-Gas. H 2 O CO 2 O 2 H 2 O (Erdgas) Elektrolyse H 2 Methanisierung CH 4 Gasnetz Sehr grosses Volumenpotenzial Saisonaler Speicher Infrastruktur vorhanden (Gasnetz, Gasspeicher, Gaskraftwerke, ) Hohe Energiedichte von Methan Geringer Roundtrip- Wirkungsgrad (40%), noch geringer bei Methanisierung H 2 -Einspeisung ins Gasnetz limitiert CO 2 -Quelle für Methanisierung erforderlich Folie 10

11 Pumpspeicherkraftwerke. Heute wichtigste Speichertechnologie (ca. 130 GW = 99% der weltweiten Kapazität) Nutzt Höhendifferenzen im Gebirge aus Wirkungsgrad 70-85% Erträge durch Ausnutzung von Preisdifferenzen auf dem Strommarkt und Anbieten von Systemdienstleistungen Reife Technologie Guter Wirkungsgrad Sehr flexibel Entladedauer Stunden bis Wochen Lange Lebensdauer, quasi unlimitierte Zyklenzahl Folie 11 Begrenzte Verfügbarkeit von Standorten Eingriff in Ökologie und Landschaftsbild

12 Pumpspeicherkraftwerke. Aktuelle Ausbauprojekte in der Schweiz. Grimsel 3: 660 MW 1000 MW 240 MW 1000 MW 900 MW Quelle: Swissgrid Gesamtkapazität neue Projekte: ca. 4 GW (heute installierte Kapazität ca. 1,7 GW) Folie 12

13 Einbindung ins Stromsystem. Leistungsbilanz Gesamtsystem. Quelle Quelle u. Senke Senke Angebot +/- Speicher - Nachfrage = 0

14 Einbindung ins Stromsystem. Netzanschluss Übertragungsnetz. Windpark Nordsee Power-to-Gas bei Windpark Autoindustrie Süddeutschland

15 Einbindung ins Stromsystem. Netzanschluss Verteilnetz. PV Quartier Stadt Zürich Quartierspeicher Batterie Geringe Last im Quartier

16 Fazit. Breites Spektrum an Speichertechnologien (Unterschiede in Leistung, Energie und Speicherdauer) mit unterschiedlichem Reifegrad vorhanden Grössere (und kleinere) Stromspeicher erhöhen die Flexibilität im Stromsystem Die optimale Nutzung dieser Flexibilität sowohl im Markt als auch im Netz trägt zu einer effizienten Energiewende bei Folie 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Fragen Folie 17

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