Herausforderungen der Energiewende: Flächenkraftwerk Verteilnetz, Möglichkeiten und Anforderungen an zukunftsfähige Speicherkonzepte

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1 Herausforderungen der Energiewende: Flächenkraftwerk Verteilnetz, Möglichkeiten und Anforderungen an zukunftsfähige Speicherkonzepte Dr.-Ing. Adolf Schweer Kongress Speichertechnologien in Cottbus am 14. November 2013 Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbh Magdeburger Straße Halle (Saale)

2 Agenda 1 2 Energiewende in Ostdeutschland Speicher für die Abdeckung von Wind- und Solarflauten im Winter? 3 Speicherkonzepte- und technologien 4 Treiber für den Ausbau von Speichern 5 6 Systemdienstleistungen im Kontext der Energiewende Speicher als Zukunftsaufgabe Bild: VDE Seite 2

3 Bei MITNETZ STROM ist die Energiewende gelebte Praxis Entwicklung des EEG-Anteils am Letztverbraucherabsatz in Prozent Bundesschnitt Anteil EE-Stromerzeugung am Letztverbraucherabsatz in Prozent MITNETZ STROM MITNETZ Strom Wir sind 20 Jahre vorweg Deutschland* * Zielewerte Energiekonzept der Bundesregierung Seite 3

4 Netz- und Systemsicherheitsmanagement ist unabdingbar Blackout-Gefahr Teil- oder Totalausfall Wiederaufbau der Stromversorgung Warnung vor wachsenden Versorgungsengpässen in den Wintermonaten Bedarf für Kaltreserve bei MW immer mehr Stilllegungen von Kraftwerken NSM- und SSM-Maßnahmen MITNETZ STROM Netzstabilität ist gefährdet Stress- bzw. Störbetrieb Zur Regelung kritischer Situation: ÜNB s leiten SSM-Maßnahmen ein, zusätzliche Aufrufe an VNB s zu NSM- Maßnahmen Nutzung von Regelenergie Maßnahmen n Sep 13 SSM NSM Netzstabilität ist gewährleistet Erzeugung und Verbrauch sind auf gleichem Niveau Normalbetrieb Seite 4

6 Die Volatilität Erneuerbarer bleibt langfristig eine Herausforderung - Schwankungen innerhalb weniger Stunden Tag ohne EE-Anteil Bezug aus dem Übertragungsnetz Tag mit hohem EE-Anteil, überwiegend Wind Lastflussumkehr, Rückspeisung ins Übertragungsnetz Durch regenerative Erzeugung hat MITNETZ STROM 2012 an insgesamt 99 Tagen Strom ins Übertragungsnetz zurückgespeist Seite 6

7 Netzgebietslast MITNETZ STROM vom Februar 2013 mehrere Wochen mit sehr geringer Solar/Windeinspeisung Faustregel: zwei Mal im Jahr ist zwei Wochen eine Hochdrucklage ohne Wind und Sonne Speicher dafür vorhalten ist unwirtschaftlich 700 x Goldisthal wären notwendig, um diese vier Wochen im Jahr abzudecken Seite 7

8 Langzeitspeicher für Ost-Deutschland? ca MW Last (Regelzone 50 Hz) ca. vier Wochen kein Wind und keine Sonne (Hochdruckwetterlage im Winter) 6000 GWh Energiebedarf alle deutschen Pumpspeicher haben einen Energieinhalt von 40 GWh, Goldisthal 8,5 GWh d.h. nur für Regelzone 50 Hz eine Kapazität von 150 mal der heutigen Pumpspeicherkapazität von Deutschland erforderlich oder: 700 mal Goldisthal! wirtschaftliches Problem, diese Speicher würden dann nur für ein bis zwei Mal im Jahr benötigt! Fazit: Ganzjahresspeicher werden das Problem nicht lösen Seite 8

10 Speicheroptionen in der Stromversorgung Quelle: VDE Speicherstudie Seite 10

12 Kostenvorteil durch Eigenverbrauch Quelle: Frauenhofer IWM Seite 12

13 Durch Speicher und Lastverschiebung erhöht sich der Grad an Autarkie und verstärkt die Entsolidarisierung Auswirkungen auf Verbraucher mit Eigenerzeugung Der Strompreis für Haushalte mit steigendem Anteil an Eigenverbrauch sinkt * Auswirkungen auf die öffentliche Hand Die Einnahmen von Bund, Ländern und Kommunen sinken mit steigendem Eigenverbrauchsanteil** ct/kwh -18% -19% -14% +6% Mrd % % 27 % Anteil % an Eigenverbrauch % % 0 0% % der Haushalte % mit variablem % Eigenverbrauch % % Speicher Erzeugung Netznutzung Umlagen Steuern & Abgaben Konzessionsabgabe Stromsteuer Mehrwertsteuer Es entsteht ein Anreiz, Speicher oder Lastverschiebung zu Lasten der Allgemeinheit über die Vermeidung von Umlagen sowie von Steuern und Abgaben zu finanzieren * Annahmen: Verbrauch: 3500 kwh; PV-Anlage: 8 kwp mit 1755 /kwp, 900 Volllaststunden und 20 Jahren Nutzungsdauer; Speicher 1900 /kwh, Finanzierung über KfW-Kredit (1,56% p.a. effektiv und 20 Jahren Laufzeit mit annuitätischer Tilgung) inkl. Förderung mit 30% Zuschuss zu den Investitionskosten; Speicherdimensionierung 40% / 50% / 60% Eigenverbrauch benötigen eine Speicherkapazität von 1kWh / 2,5 kwh / 6 kwh Quelle: RWE Seite 13

14 Zwischenfazit es gibt somit Treiber für eine bestimmte Menge von Speichern im Netz PKW-Batterien Speicher in Kundenanlagen mit PV Speicher für Systemdienstleistungen Quelle: wenn solche Speicher vorhanden sind, können und werden diese auch für andere Dinge genutzt werden z.b. Erbringung von Systemdienstleistungen Seite 14

16 Verstärkte Zusammenarbeit der ÜNB und VNB für Systemstabilität und Netzentwicklung in 10 Jahren MW Einspeisung in Ostdeutschland jedoch nur MW Last vier Leitungen ermöglichen den Transport von Ost nach West die Netze von Polen und Tschechien nehmen die EEG-Leistung nicht mehr auf konventionelle Kraftwerke werden außer Betrieb genommen konventionelle Kraftwerke und erneuerbare Energien brauchen mehr Flexibilität Gemeinsame Arbeit VNB Fläche Ostdeutschland mit 50hertz MW installierte EEG-Leistung Last Seite 16

17 Weiterentwicklung Verteilnetz zum Flächenkraftwerk Zentrale Kraftwerke Flexibilität, Systemsicherheit kwh bisher zentral ÜNBs 380-kV/220-kV-Netz neu dezentral Flexibilität, Systemsicherheit ÜNBs 380-kV/220-kV- Netz kwh VNBs 110-kV/MS/NS- Netz Flächenkraftwerk VNBs 110-kV/MS/NS-Netz Seite 17

18 Weiterentwicklung der Systemdienstleistungen Primärregelleistung: Betrieb mit reduzierter Abgabeleistung Alle an Verteilungsnetze angeschlossenen Anlagen in Q-Regelung einbeziehen Sekundärregelleistung: Kontinuierlich Führungssignal folgen (große EEA) oder virtuelles KW (kleine EEA) Voraussetzungen: Anlagen-Clusterung Infoaufnahmesysteme Regelleistung (Frequenzhaltung) Q-Erbringung Voraussetzungen: Anlagen-Ertüchtigung Aufbau Steuerungssysteme beim VNB und Koordination mit ÜNB Infoaufnahmesysteme Schwarzstart: Eignung für Leistungsregelung In Betrieb ohne U-Vorschaltung Abfangen im Eigenbedarf Inselnetz: Zusätzlich P-Regelleistungserbringung Zusätzlich Q-Regelung Schwarzstart- und Inselnetz-Fähigkeit Redispatch Regional begrenzte Anpassung der Erzeugungsleistung, um Engpässe im Netz zu überbrücken (inklusive energetischer Ausgleich) Voraussetzungen: Anlagen-Clusterung Aktuell absenkbare Leistung online an ÜNB (verfügbare Redispatch-Potenziale) Voraussetzung: regional/lokal zugeschnittene Konzepte mit koordinierendem ÜNB Beachtung: Redispatch = freiwillig vs. Quelle: 50-Hertz Einspeisemanagement = unfreiwillig, wenn 13 (1) ausgeschöpft Seite 18

19 Welche Speicher brauchen wir? Zeitliche Klassifizierung Quelle: Frauenhofer IWES Seite 19

20 Kurzfristszenario (10 Jahre) für Speicher zur Netzregulierung (Betriebsbereich einzelner Speichereinheiten) Quelle: RWTH Aachen, B.Lunz Seite 20

21 Mittelfristszenario (20 Jahre) für Speicher zur Netzregulierung (Summe der jeweiligen Speicher) Quelle: RWTH Aachen, B.Lunz Seite 21

23 Ein Netzgetriebener Einsatz kann den Aus- und Umbaubedarf auf der Verteilnetzebene reduzieren Quelle: Standardpräsentation dena Bei einem marktgetriebenem Einsatz von Speichern kommen wiederum zusätzlichen Ausbaukosten auf uns zu Seite 23

24 Ziel der Energiewende Strom- und Erdgasnetz müssen zusammenwachsen HDL PN16 langfristige Speicherung Erneuerbare Energien Biogasanlage Gasnetz Power-to-Gas ɳ = 56-70% Stromnetz 455 Biogasanlagen (Stand März 2013) 15 bis 17 Biogasanlagen (in den nächsten ein bis zwei Jahren) ɳ = 30-90% (je nach Wärmenutzung) Gasspeicher Blockheizkraftwerk Blockheizkraftwerk Biogasspeicher Biogasanlage kurzfristige Speicherung Seite 24

25 Die Flächennetzbetreiber der Regelzone 50Hertz erstellen einen gemeinsamen Netzausbauplan 110 kv Netz ist günstiger als Speicher! Seite 25

26 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbh Magdeburger Straße Halle (Saale)

27 Erneuerbare Energien können aber konventionelle Kraftwerke nicht ersetzen Konsequenzen der Ausbaus erneuerbarer Energien Benötigte gesicherte Leistung Produzierter Strom Benötigte gesicherte Leistung Produzierter Strom Der politisch gewollte Zubau senkt die Auslastung der konventionellen Kraftwerke, aber nicht den Bedarf an gesicherter Leistung. 85 GW 135 TWh EE 480 TWh 85 GW 315 TWh 308 TWh EE Der Leistungsbedarf wird von einer kalten windstillen Abendstunde definiert. Windkraft und PV fallen dann aus, die Stromnachfrage ist hoch Gesicherte Leistung können damit nur konventionelle, Biomasse und Pumpspeicherkraftwerke stellen. 2012: BDEW, Entsoe, Speicher? DENA, enviam Heute finanzieren 480 verkaufte Terrawattstunden 85 Gigawatt Leistung, 2030 sind es nur noch 315 Terrawattstunden, die weiterhin diese Gigawatt finanzieren müssen. Quelle: RWE Seite 27

28 Speicher im System Das System größer denken Speicher vor dem Kraftwerk (Primärenergieträger) Speicher im System (Pumpspeicher, Druckluftspeicher, Batterien, H 2.) Speicher in den Applikationen (einziger Speicher für Nutzenergie) Durch Verdrängen fossiler Erzeugung geht der größte Speicher verloren! Horizontale und vertikale Systemintegration Optionen optimal nutzen über Systemgrenzen hinweg Quelle: ES+EM, TU Kaiserslautern Prof. W.H. Wellßow Seite 28