Speicherbedarf im Stromnetz

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1 Technische Universität München Speicherbedarf im Stromnetz Dipl.-Ing. Philipp Kuhn Fachtagung Energieeffizienz eine stete Herausforderung an Wissenschaft und Praxis Residenz München, 12. Mai 211

2 Agenda 1 Erzeugungssystem mit hohem Anteil an erneuerbaren Energien 2 Modell zur Ermittlung des Speicherbedarfs 3 Beispielszenarien mit unterschiedlichen Rahmenbedingungen für den Speicherausbau 4 Vergleich der Ergebnisse 5 Zusammenfassung und Fazit 2

3 IfE, B9 Ausgangssituation Tiefgreifende Veränderungen im Stromsystem Fluktuierende Erzeugung Quelle: Anpassung der Last an das Angebot Quelle: Speicher Lastverschiebung Forschungsprojekt KW21 BY 1E Integration und Bewertung erzeuger- und verbraucherseitiger Energiespeicher Gefördert von: StMWFK, StMWIVT, Klimaprogramm Bayern 22, E.ON Energie AG 3

4 Stromerzeugung in TWh Ausbau der Erzeugung aus Erneuerbaren Energien (EE) Energiekonzept der Bundesregierung 8% EE in der Stromerzeugung bis EE - Nicht integrierbar PV 4 Wind - Offshore 3 2 Wind - Onshore Wasserkraft KWK 1 Geothermie B Biomasse Residuale Last 4

5 Stromerzeugung in TWh Integration durch Speicherausbau EE - Nicht integrierbar PV Wind - Offshore Wind - Onshore Mögliche Fragestellungen: Wie groß ist der Speicherbedarf und wovon hängt dieser ab 2 1 Wasserkraft KWK Geothermie Auswirkungen auf den Kraftwerkspark B Biomasse Residuale Last Auswirkungen auf die Emissionen Auswirkungen auf die Kosten der Strombereitstellung Integration durch Speicherausbau Modell 5

6 Optimierungsmodell Modell zur volkswirtschaftlichen Optimierung des Kraftwerks- und Speicherausbaus in Elektrizitätssystemen IMAKUS Kraftwerksbestand Entwicklung von Verbraucher- und Residuallast Speicherbestand Iteratives Modell zur Optimierung der Ausbau- und Einsatzplanung von Kraftwerken und Speichern Kraftwerksausbau und -einsatz Speicherausbau und -einsatz Gesicherte Leistung des Stromsystems B-11 6

7 Beispielszenarien Untersuchung Speicherbehandlung Untersuchung des Speicherbedarfs im deutschen Stromsystem anhand von 4 Szenarien: Name Ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT Ansatz Ohne Speicherausbau Wirtschaftlicher Ausbau Vollständige Integration Beschreibung Kein weiterer Ausbau an Speicher Nur die bereits bestehenden PSW werden berücksichtigt Investitionskosten der Speicher müssen vollständig über Peak-Shaving und Integration von EE erwirtschaftet werden Investitionskosten der Speicher müssen zu 5% über Peak-Shaving und Integration von EE erwirtschaftet werden Rest wird über Systemdienstleistungen erwirtschaftet Basierend auf Szenario BONUS 5 werden Speicher bis zur vollständigen Integration der EE ausgebaut B-11 7

8 Stromerzeugung in TWh Szenario BONUS 5 Stromerzeugung in Deutschland BONUS EE - Nicht integrierbar PV Wind - Offshore Wind - Onshore Wasserkraft KWK Geothermie Biomasse Heizöl GT GuD-CCS GuD SK konv. SK-7 C SK-CCS BK konv. BK-7 C BK-CCS Kernenergie 8

9 5339-B11 Installierte Entladeleistung in GW Installierte Ladeleistung in GW Szenario BONUS 5 Installierte Leistung der Speicher PSW AA-CAES H2-GuD BONUS 5 BONUS ENTLADEN 1 9 LADEN

10 53386-B11 Speicherkapazität in GWh Szenario BONUS 5 Installierte Speicherkapazität BONUS 5 KAPAZITÄT H2-GuD 8 6 AA-CAES 4 2 PSW

11 53375-B11 Nicht integrierbare EE in TWh Nicht integrierbare Erzeugung aus Erneuerbaren Energien (EE) 4 (kumuliert bis 25) ohne Speicher ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT 11

12 53382-B11 Installierte Leistung in GW Installierte Kapazität in GWh Ausbau der Speicher im 25 6 (Summe aller Technologieoptionen) BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT Entladeleistung Ladeleistung Kapazität 12

13 53372-B11 CO 2 -Emissionen bezogen auf Szenario ohne Speicherausbau Einfluss des Speicherausbaus auf die CO 2 -Emissionen 1% (kumuliert bis 25) 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1,% 98,7% 97,4% 95,2% 1% % ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT 13

14 Gesamtzubau im Simulationszeitraum in MW B11 Auswirkungen auf den Kraftwerksausbau 4. (kumuliert bis 25) ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT GT GuD SK konv. BK konv. BK-CCS SK- 7 C SK-CCS BK- 7 C GuD- CCS 14

15 Gesamtkosten (real) bezogen auf Szenario ohne Speicherausbau B11 Auswirkungen auf die Kosten des Erzeugungssystems 12% (kumuliert bis 25) 1% 8% 6% 4% 1,% 99,4% 98,3% 1,5% 2% % ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT 15

16 Zusammenfassung und Fazit Zusammenfassung Speicher tragen bei hohen Anteilen an EE zur Integration fluktuierender Einspeisung und zur Versorgungssicherheit bei Ohne Zusatzerlöse aus der Vermarktung von Systemdienstleistungen oder Förderung ist bei derzeitiger Kostenstruktur die Speicherung nur in geringem Umfang wirtschaftlich Fazit Die Weiterentwicklung der Speichertechnologien und eine damit verbundene Kostensenkung erhöhen die Wirtschaftlichkeit Über sinnvolle Fördermaßnahmen und/oder geeignete Anpassungen des Strom- und Reservemarktes zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Speichern sollte nachgedacht werden 16

17 Backup 17

18 Szenarien: Last und Erzeugung aus EE Bruttostromverbrauch in TWh ,6 68,4 617,2 629,9 579,6 574,6 56,6 537,7 533,4 Bruttostromverbrauch/Nettostromverbrauch 1,14 1,13 1,12 1,11 1,1 1,1 1,9 1,9 1,8 Nettostromverbrauch in TWh 544,4 538,7 551,6 568,3 527,7 524, 512, 495,2 495,4 Netzverluste in TWh 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, 15, Nettostromverbrauch inkl. Netzverluste in TWh 559,4 553,7 566,6 583,3 542,7 539, 527, 51,2 51,4 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in TWh (Bruttostromerzeugung) Wasserkraft 19,5 2,5 21,2 23,6 23,4 25,7 26,1 25,6 25,8 Biomasse 26,5 37,1 53,2 61,6 61,5 66,6 69,7 7,7 75, Photovoltaik 12, 21,3 25,6 32,9 35,9 42,9 46,7 48,1 5,7 Geothermie,,3 1,9 2,6 3, 3,8 4,2 4,6 5,1 Windenergie 37,5 72,6 114, 147,1 166, 191,5 217,6 24,8 27,1 EU-Stromverbund,,,,,,,,, Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien gesamt 95,5 151,8 216, 267,7 289,8 33,4 364,4 389,8 426,7 Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch 15,4% 24,9% 35,% 42,5% 5,% 57,5% 65,% 72,5% 8,% Stromerzeugung aus KWK in TWh 95,4 91, 99,2 116, 16, 16,3 16,2 11,9 18

19 Szenarien: Investitionskosten Kraftwerke Speicher Bezeichnung Typ Gasturbine 1 /kwel 37 GuD 2 /kwel 729 Steinkohle 3 /kwel 1458 Braunkohle 4 /kwel 1666 Kernenergie 5 /kwel 3124 Braunkohle CO2-frei 7 /kwel C Steinkohle 8 /kwel 1489 Steinkohle CO2-frei 9 /kwel C Braunkohle 1 /kwel 1718 GuD CO2-frei 11 /kwel 1562 Bezeichnung Typ eta vfb. ab Kosten PE Kosten PL Kosten C /kw /kw /kwh PSW 1, ,34 AA-CAES 2, , H2-GuD 3, ,9 19

20 Brennstoffpreis /MWh (thermisch) Szenarien: Brennstoffpreisannahme Erdgas Steinkohle Braunkohle Kernenergie Öl

21 Zertifikatspreise in EUR 21 je t Szenarien: Entwicklung Zertifikatspreise

22 installierte Gesamtleistung in GW Szenario ohne Ausbau Installierte Leistung Kraftwerke Ohne Speicherausbau Heizöl GT GuD-CCS GuD SK-CCS SK-7 C SK konv BK-CCS BK-7 C BK konv. Kernenergie 22

23 Stromerzeugung EE in TWh Alle Szenarien Erzeugung aus EE PV Wind - Offshore Wind - Onshore Wasserkraft Geothermie Biomasse 23

24 53374-B11 Nicht integrierbare EE in TWh Szenarienvergleich: Integration EE esvergleich ohne Speicher ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT

25 esdauerlinie der nicht integrierbaren Erzeugung in GW (ohne Speicherung) B11 esdauerlinie der nicht integrierbaren EE (ohne Speicher) Stunden 25

26 53374-B11 Integrierbare EE in % Szenarienvergleich: Nutzung der EE 12% 1% 8% ohne Speicher ohne Speicherausbau 6% 4% BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT 2% %

27 Thermische Erzeugung bezogen auf Szenario ohne Speicherausbau Auswirkungen auf die thermische Erzeugung 15% 1% 95% 9% 85% BONUS 8% BONUS 5 BONUS 5 INT 75% B

28 53379-B11 Ladestrom in TWh Szenarienvergleich: Ladestrom 6 ohne Speicherausbau 5 4 BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT

29 5338-B11 EE/KWK-Anteil am Ladestrom Szenarienvergleich: Aufteilung Ladestrom 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% ohne Speicherausbau BONUS BONUS 5 BONUS 5 INT 1% %