GENESYS Genetische Optimierung eines Europäischen Energieversorgungssystems

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1 GENESYS Genetische Optimierung eines Europäischen Energieversorgungssystems Eingangsdaten Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS) RWTH Aachen Frankfurt

2 Gliederung Überblick Szenario Globale Technologie- und Kostenparameter Erzeuger Netz Speicher Zeitreihen Last Wind Photovoltaik Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 2

3 Überblick Szenario 21 Regionen 49 modellierte HGÜ Verbindungen Fokus auf Deutschland 3 Regionen: Winddominiert im Norden Mitte Solardominiert im Süden 5 Jahre Zeitreihen 08/2007 bis 07/2012 Stündliche Auflösung Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 3

4 Modellierung einer Region Gebiet mit Lastmittelpunkt Kein Transport- oder Verteilnetz berücksichtigt Kupferplatte Eine konzentrierte Einheit je Komponente Jahressummen Windstromertrag PV-Stromertrag Stromverbrauch Zeitreihen Spezifische Windstromeinspeisung Spezifische PV-Stromeinspeisung Spezifischer Stromverbrauch Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 4

5 Globale Kostenparameter Erneuerbare Erzeugung und HGÜ Netz Erzeuger Investition ( /kw) Abschreibedauer (a) Wartungskosten (%Inv./a) Kapitalzins (%) WEK-Anlage PV-Anlage Netz (HGÜ) Investition ( /kw) Abschreibedauer (a) Wartungskosten (%Inv./a) Kapitalzins (%) Endpunkte Leitung 0,77 je km Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 5

6 Kostenparameter im Vergleich Windenergie 1400 Investitionskosten WEK ( /kwp) 180 Annuität WEK ( /kwp/a) Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW DIW Berlin EWI dii/isi ECF Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 6

7 Kostenparameter im Vergleich Photovoltaik 3000 Investitionskosten PV ( /kwp) 300 Annuität PV ( /kwp/a) Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW DIW Berlin EWI dii/isi ECF Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 7

8 Globale Technologie- und Kostenparameter Speicher Investition ( /kw) Leistungseinheit Wirkungsgrad Abschreibedauer (a) Wartungskosten (%Inv./a) Kapitalzins (%) Batterie-LE 0, ,5 8 Pumpturbine 0, ,2 8 Elektrolyseur 0, GuD-Anlage 0, Reservoir Investition ( /kwh) Wirkungsgrad Abschreibedauer (a) Wartungskosten (%Inv./a) Kapitalzins (%) Batteriezellen 0, ,5 8 Speicherbecken ,2 8 Kavernen 1 0,3 40 1, Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 8

9 Kostenparameter im Vergleich Pumpspeicher 2500 Investitionskosten Pumpturbine ( /kwp) 90 Annuität Pumpturbine ( /kwp/a) Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW DIW Berlin* dii/isi* *inkl. 8h Speicher Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 9

10 Kostenparameter im Vergleich Wasserstoffspeicher 1600 Investitionskosten Elektrolyseur und GuD ( /kwp) 0.35 Investitionskosten H 2 Kaverne ( /kwh) Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW SRU/DLR Stuttgart Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW SRU/DLR Stuttgart Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 10

11 Kostenparameter im Vergleich Wasserstoffspeicher 450 Annuität Elektrolyseur und GuD ( /kwp/a) Annuität H2 Kaverne ( /kwh/a) Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW SRU/DLR Stuttgart Jahr BMU/DLR/IWES/IfnE ISEA/IAEW SRU/DLR Stuttgart Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 11

12 Zeitreihen Last Quellen: ENTSO-E, Dii GmbH ( Desert Power 2050 ) Aufzeichnung ist lückenhaft Teilw. fehlen mehrere Monate Einzelne Regionen fehlen ganz Umrechnung in Anteile am Jahresstromverbrauch Jährlicher Verbrauch konstant Datenbasis vollständig zeitliche Lücken bis 50% zeitliche Lücken + teilweise keine Datenbasis keine Datenbasis Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 12 Inkl. Zeitversatz

13 Zeitreihe Wind Quelle: Messdaten der MeteoGroup Deutschland GmbH Aufzeichnung ist praktisch vollständig Wenige Lücken im Stunden- bis Tagesbereich Umrechnung in Anteile am mittleren spezifischen Jahresertrag Jahresertrag variiert von Jahr zu Jahr Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 13

14 Nabenhöhe/m Umrechnung der Windmessdaten Ausgangspunkt: Windgeschwindigkeit v 1 an Messstationen in 10m Höhe Umrechnung nach Hellmann auf 100m Höhe: v 2 = v 1 Umrechnung in spezifische Leistung über Anlagenkennlinie Mittelung aller Wetterstationen für jede Region h 2 h 1 κ (κ = 0,143) spezifische Leistung in %P N Windgeschwindigkeit/(m/s) Höhenkorrekturfaktor Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 14

15 Umrechnung der Windmessdaten Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 15

16 Umrechnung der Windmessdaten Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 16

17 Umrechnung der Windmessdaten Quelle für mittlere Jahreserträge: Studie des ETC/ACC der EUA Quelle für min/max Werte: Windreport des FH IWES Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 17

18 Umrechnung der Windmessdaten Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 18

19 Umrechnung der Windmessdaten Maximum bei 75%P N Minimum bei 0,2%P N Mittlerer Jahresertrag gemäß Potentialschätzung: 2000 Volllaststunden Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 19

20 Zeitreihe Photovoltaik Quelle: Messdaten der MeteoGroup Deutschland GmbH Aufzeichung hat örtliche Lücken Strahlungsdaten für rot markierte Stationen fehlen komplett Extrapolation für Türkei und Mittleren Osten Aufzeichnung sonst praktisch vollständig Wenige Lücken im Stunden- bis Tagesbereich Umrechnung in Anteile am mittleren spezifischen Jahresertrag Jahresertrag variiert von Jahr zu Jahr Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 20

21 Umrechnung der Strahlungsmessdaten Ausgangspunkt: Globalstrahlung auf horizontale Fläche und Temperatur an Messstationen Umrechnung Globalstrahlung auf optimal geneigte Ebene Reverse-engineering aus Daten des PVGIS (JRC/ IET der EC) Umrechnung in spezifische Leistung über Anlagenkennlinie Temperaturabhängig Auslastungsabhängig (Wechselrichter) Mittelung aller Wetterstationen für jede Region Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 21

22 Umrechnung der Strahlungsmessdaten Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 22

23 Umrechnung der Strahlungsmessdaten Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 23

24 Umrechnung der Strahlungsmessdaten Quelle für mittlere Jahreserträge: PVGIS des JRC/IET der EC Quelle für max Wert: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland des FH ISE Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 24

25 Umrechnung der Strahlungsmessdaten Maximum bei 70%P N Mittlerer Jahresertrag gemäß Potentialschätzung: 1000 Volllaststunden Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 25

26 Zusammenfassung Wenig bis keine öffentlich verfügbaren Parameter für die Preisentwicklung der Netzkomponenten und Batterien Kompetenz von ISEA & IAEW Quellen geben meist nur Investitionskosten an Diese haben nur geringe Aussagekraft, weitere Annahmen wie Abschreibedauer und Zinssatz spielen eine wesentliche Rolle Wahl der (Kosten-) Parameter legt Ergebnis in gewisser Weise fest Daher ist ein Ergebnis ohne Angabe aller verwendeten Parameter nur von eingeschränkter Aussagekraft Noch viele Möglichkeiten zur Verbesserung der Eingangsdaten Potentialabschätzungen Genauere Abbildung der räumlichen Aggregationseffekte Einbeziehung von Reanalyse-Wetterdaten Stöcker - GENESYS: Eingangsdaten - Frankfurt 26

27 GENESYS Genetische Optimierung eines Europäischen Energieversorgungssystems Eingangsdaten Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS) RWTH Aachen Frankfurt

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