Systemfragen der Speicherung im Erneuerbare-Energien-Verbund
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- Katrin Boer
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1 Systemfragen der Speicherung im Erneuerbare-Energien-Verbund Tomi Engel Goslar
2 Systemfragen der Speicherung im Erneuerbare-Energien-Verbund Tomi Engel Goslar
3 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
4 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
5 EE-Erzeugungsleistung Hochrechnungen Studie EnergyMap BEE-Prognose dena-netzst. 1 BMU-Szen. A BMU-Szen. A UBA-Studie (Stand 2011) (Szenario 2020) (Szenario 2020) (Ziel 2020) (Ziel 2050) (Ziel 2050) Solarstrom 20 GW 39,5 GW 42 GW 52 GW 65 GW 120 GW Landwind 28 GW 45 GW 33 GW 36 GW 40 GW 60 GW Seewind 0 GW 10 GW 9 GW 10 GW 39 GW 45 GW Wasserkraft 5 GW 6,5 GW 5 GW 5 GW 5 GW 5 GW Biomasse 5 GW 9 GW 8 GW 9 GW 10 GW 23 GW Gase 0,5 GW Geothermie 0 GW 0,5 GW 0,3 GW 0,3 GW 4 GW 6 GW Summe 59 GW 111 GW 97 GW 112 GW 163 GW 259 GW Quelle: BEE Studie "Szenario 2020", UBA Studie "100% EE ", BMU "Leitsudie 2010"
6 EE-Erzeugungsleistung Hochrechnungen Studie EnergyMap BEE-Prognose dena-netzst. 1 BMU-Szen. A BMU-Szen. A UBA-Studie (Stand 2011) (Szenario 2020) (Szenario 2020) (Ziel 2020) (Ziel 2050) (Ziel 2050) Solarstrom 20 GW 39,5 GW 42 GW 52 GW 65 GW 120 GW Landwind 28 GW 45 GW 33 GW 36 GW 40 GW 60 GW Seewind 0 GW 10 GW 9 GW 10 GW 39 GW 45 GW Wasserkraft 5 GW 6,5 GW 5 GW 5 GW 5 GW 5 GW Biomasse 5 GW 9 GW 8 GW 9 GW 10 GW 23 GW Gase 0,5 GW Geothermie 0 GW 0,5 GW 0,3 GW 0,3 GW 4 GW 6 GW Summe 59 GW 111 GW 97 GW 112 GW 163 GW 259 GW Quelle: BEE Studie "Szenario 2020", UBA Studie "100% EE ", BMU "Leitsudie 2010"
7 EE-Erzeugungsleistung Hochrechnungen Studie EnergyMap BEE-Prognose dena-netzst. 1 BMU-Szen. A BMU-Szen. A UBA-Studie (Stand 2011) (Szenario 2020) (Szenario 2020) (Ziel 2020) (Ziel 2050) (Ziel 2050) 70 GW in 2020? Solarstrom 20 GW 39,5 GW 42 GW 52 GW 65 GW 120 GW Landwind 28 GW 45 GW 33 GW 36 GW 40 GW 60 GW Seewind 0 GW 10 GW 9 GW 10 GW 39 GW 45 GW Wasserkraft 5 GW 6,5 GW 5 GW 5 GW 5 GW 5 GW Biomasse 5 GW 9 GW 8 GW 9 GW 10 GW 23 GW Gase 0,5 GW Geothermie 0 GW 0,5 GW 0,3 GW 0,3 GW 4 GW 6 GW Summe 59 GW 111 GW 97 GW 112 GW 163 GW 259 GW Quelle: BEE Studie "Szenario 2020", UBA Studie "100% EE ", BMU "Leitsudie 2010"
8 EE-Erzeugung Anlagenbestand kw(peak) 20 GW 28 GW 5 GW Quelle: - Stand Okt. 2011
9 EE-Erzeugung Zubau kw(peak) + 5 GW/a + 1 GW/a Quelle: - Stand Okt. 2011
10 Strukturaspekt Verteilung Wind im Norden 20 GW zusätzliche Sonne im Süden? Stromautobahn??
11 Strukturaspekt Verteilung + 0,6 GW (PV in 2010) Zubau in Schleswig-Holstein + 1,0 GW (PV in 2010) Zubau in Baden-Württemberg
12 Strukturaspekt Verteilung??? + 0,6 GW (PV in 2010) Zubau in Schleswig-Holstein + 1,0 GW (PV in 2010) Zubau in Baden-Württemberg
13 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung Quelle: - Stand Okt. 2011
14 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung 30 % 70 % Quelle: - Stand Okt. 2011
15 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung 50 % 50 % Quelle: - Stand Okt. 2011
16 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung 13 % 87 % Quelle: - Stand Okt. 2011
17 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung = Nieder- und Mittelspannung 4 % 96 % Quelle: - Stand Okt. 2011
18 Strukturaspekt... dezentrale Einspeisung Welche Bedeutung haben da Höchstspannungstrassen? 96 % Quelle: - Stand Okt. 2011
19 Strukturaspekt Netztopologie HöS HS NS/MS ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse
20 Strukturaspekt Netztopologie = = Overlay HöS HS NS/MS ca GW ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse
21 Strukturaspekt Netztopologie = = 100 GW PV! Overlay HöS HS NS/MS ca GW ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse
22 Strukturaspekt Netztopologie-Fragen = = 100 GW Speicher? 100 GW PV! Overlay HöS Warum sollten die Speicher auf einer anderen Netzebene stehen als die Kraftwerke? HS NS/MS
23 Strukturaspekt Netztopologie-Fragen = = Overlay 100 GW Speicher? HöS HS 100 GW PV! NS/MS Kommt Versorgungssicherheit "von oben"?
24 Strukturaspekt Netztopologie-Fragen = = Overlay HöS 3 GW Ausfall? HS 100 GW PV! NS/MS Kommt Versorgungssicherheit "von oben"?
25 Strukturaspekt Netztopologie-Fragen = = Overlay 10 GW Ausfall? HöS HS 100 GW PV! NS/MS Kommt Versorgungssicherheit "von oben"?
26 Strukturaspekt... Wetterabhängigkeit J F M A M J J A S O N D Sonne: sehr stabil und primär im Sommer J F M A M J J A S O N D Heizwärme-Strom: genau anders als die Sonne J F M A M J J A S O N D Wind: sehr wechselhaft und eher im Winter J F M A M J J A S O N D Wasser: sehr wechselhaft und mit "Herbstdelle"
27 Strukturaspekt... Wetterabhängigkeit J F M A M J J A S O N D Sonne: sehr stabil und primär im Sommer Verlangt nach Tag-Nachtspeichern
28 Strukturaspekt... Wetterabhängigkeit 650 TWh/a Heizwärme in 2010 J F M A M J J A S O N D Heizwärme-Strom: genau anders als die Sonne Verlangt nach Saisonalspeichern
29 Strukturaspekt... Wetterabhängigkeit entsprich ca. vermutlich 650 TWh/a Heizwärme in GW Heizleistung im Dezember 500 GW install. Heizleistung J F M A M J J A S O N D Heizwärme-Strom: genau anders als die Sonne Verlangt nach Saisonalspeichern
30 Strukturaspekt... Wetterabhängigkeit Sanierungsrate im Gebäudebestand: ca 1% hoher Wärmebedarf wird noch einige Jahrzehnte bleiben. J F M A M J J A S O N D Heizwärme-Strom: genau anders als die Sonne Bei gezielter BHKW-Strategie könnte man ca. 20% der Heizleistung als elektrische "Peak"-Leistung einplanen 50 GW bis. 100
31 Strukturaspekt... Wetterabhängigkeit 100 GW PV + 50 GW BHKW J F M A M J J A S O N D Heizwärme-Strom: genau anders als die Sonne entspricht ca. 100 TWh Strom entspricht ca. 130 TWh "Abfall"-Strom passen gut zusammen
32 Strukturaspekt Netztopologie = = Overlay HöS HS NS/MS Gas ca GW ca. 1-5 GW ca. 0,1-0,5 GW ca MW typische Übertragungsleistung je Leitungstrasse ca GW
33 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
34 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
35 a : d : h : m : s Jahre/Monate Tage Stunden Minuten (Milli-)Sekunden Sommer Lastausgleich Winter Tag Nacht Flaute Sturm
36 a : d : h : m : s EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, Dezember) Leistung (GW) Tag Geothermie Laufwasser Onshore-Wind Photovoltaik Basislast Gesamtlast mit Lastmanagement Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
37 a : d : h : m : s EE-Einspeisung und Last (Meteo-Jahr 2007, Dezember) Geothermie Basislast Laufwasser Onshore-Wind Gesamtlast mit Lastmanagement Bedarf: ca. 14 TWh mit bis 50 GW Photovoltaik Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES Leistung (GW) Tag
38 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
39 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh - 60 GW max. Residuallast: 57,3 GW + 60 GW min. Residuallast: -60,7 GW Residuallast (GW) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
40 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) +/- 80 TWh/a Überschüsse: -78,5 TWh - 60 GW max. Residuallast: 57,3 GW kalte Winter Tag & Nacht + 60 GW min. Residuallast: -60,7 GW Residuallast (GW) kalte Winter Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
41 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
42 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat
43 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke CnHm
44 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke
45 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Brennstoff Es gilt 400 TWh Brennstoff von der Straße in den Keller zu verlagern!
46 Solare Struktur... Effiziente Netzwerke Brennstoff Es gilt 400 TWh Brennstoff von der Straße in den Keller zu verlagern!
47 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
48 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Strom -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat
49 Akkus Strom Pumpspeicher
50 Akkus Cent/kWh (Speichernutzung) Grenzkosten äbhängig von Endkundenstrompreis. Wirtschaftlich ab Speicherkosten von maximal 15 Cent/kWh. Pumpspeicher 3-10 Cent/kWh (Speichernutzung) Grenzkosten äbhängig von Preisdifferenz zwischen Stromeinkauf und Verkauf
51 Akkus Cent/kWh (Speichernutzung) Pumpspeicher 3-10 Cent/kWh (Speichernutzung) "besser"... also sind Pumpspeicher um den Faktor 10 als Akkus. Ende der Debatte?
52 Akkus Massenprodukte werden mit der Zeit immer billiger. Pumpspeicher Einzelstücke werden mit der Zeit immer teurer.
53 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" "Haus - USV" "Regio - USV" Pumpspeicher
54 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" Leistung 0,2 kw Reaktionszeit max. 1 sec Netzanschluss Niederspannung "Haus - USV" "Regio - USV" Pumpspeicher 3-10 kw kw 1 GW max. 1 sec max. 1 sec 60 bis 120 sec Niederspannung Mittel-/Hochspannung Hoch-/Höchstspannung
55 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" Leistung 0,2 kw Speicherkapazität 0,5 kwh Flächenverbrauch faktisch 0 qm "Haus - USV" "Regio - USV" Pumpspeicher 3-10 kw kw 1 GW 5-15 kwh kwh 5-10 GWh faktisch 0 qm 160 qm qm
56 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" * 50 Mio Autos = Leistung "Haus - USV" * 10 Mio Haushalte = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = x 50 Mio. x GW GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität 25 GWh GWh 60 GWh 50 GWh Flächenverbrauch faktisch 0 qm faktisch 0 qm qm qm
57 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Auto - USV" * 50 Mio Autos = "Haus - USV" * 10 Mio Haushalte = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 105 GW GW 10 GW GW Speicherkapazität 25 GWh GWh 60 GWh GWh Flächenverbrauch faktisch 0 qm faktisch 0 qm qm qm
58 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw Speicherkapazität kwh Verfügbarkeit "Elektromobil" 50 Mio. Autos * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = 10 GW 10 GW 60 GWh 50 GWh 100 % 100 %
59 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh GWh 60 GWh 50 GWh Verfügbarkeit 100% % (??) 100 % 100 %
60 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" * Standorte = Pumpspeicher * 10 Standorte = Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh GWh 60 GWh 50 GWh Verfügbarkeit 20% % 100 % 100 %
61 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" Pumpspeicher * 10 Standorte = GWh 60 GWh 50 GWh min GWh * Standorte = Unser täglicher Stromverbrauch liegt derzeit bei 50 GWh GWh
62 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw Speicherkapazität kwh Haben unsere Pumpspeicher "Elektromobil" wirklich "Regio - USV" * 50 Mio Autos = GW * Standorte = eine Systemrelevanz? 10 GW Pumpspeicher * 10 Standorte = 10 GW GWh 60 GWh 50 GWh Unser täglicher Stromverbrauch liegt derzeit bei 50 GWh GWh
63 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen Leistung 3-10 kw GW 10 GW 10 GW Speicherkapazität kwh "Elektromobil" * 50 Mio Autos = "Regio - USV" Pumpspeicher * 10 Standorte = GWh 60 GWh 50 GWh min GWh * Standorte = Unser täglicher Stromverbrauch liegt derzeit bei GWh
64 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" "Regio - USV" Pumpspeicher Euro Euro Euro Stromspeicher Stromspeicher Stromspeicher + "eh scho' da" + Lastverlagerung dezentral dezentral zentral
65 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" "Regio - USV" Pumpspeicher Euro Euro Euro Stromspeicher Stromspeicher Stromspeicher + "eh Null scho' Cent da" weil + Lastverlagerung "eh scho'da" dezentral dezentral zentral
66 Akkus zur Netzstützung - Größenordnungen "Elektromobil" "Regio - USV" Stromspeicher Stromspeicher Pumpspeicher Euro Stromspeicher + "eh scho' da" + Lastverlagerung dezentral dezentral zentral
67 a : d : h : m : s Residuallast mit allen Verbrauchern und Lastmanagement, nach PSW (Meteo-Jahr 2009) Überschüsse: -78,5 TWh Residuallast (GW) max. Residuallast: 57,3 GW CnHm CnHm Akku -60 min. Residuallast: -60,7 GW Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Quelle: UBA Studie "100% EE " - FhG IWES
68 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
69 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
70 Strukturaspekt... Anlagengröße = kleine Anlagen... heute eine, bald zig Millionen Stück Quelle: - Stand Okt ,5 GW (65% der PV bis 100 kw)
71 Strukturaspekt... Anlagengröße = kleine Anlagen ergibt automatisch zig Millionen "egoistische" Akteure
72 a : d : h : m : s Jahre/Monate Tage Stunden Minuten (Milli-)Sekunden Std. Prognose & Planung Power Level (kw in) (kw out) Bandbreitenmanagement G2V (+) 8 kw Ladeleistung 5 kw 2 kw (+) 50 Hz 230 V Netz Freq./Spannung Dynamische Netzstützung (-) -5 kw V2G (-)
73 a : d : h : m : s Jahre/Monate Tage Stunden Minuten (Milli-)Sekunden Std. Prognose & Planung Markt Power Level (kw in) (kw out) Bandbreitenmanagement G2V (+) 8 kw Ladeleistung 5 kw Physik 2 kw (+) 50 Hz 230 V Netz Freq./Spannung Dynamische Netzstützung (-) -5 kw V2G (-)
74 Energiemanagement im Solarzeitalter 50,1 Hz 50,0 Hz 49,9 Hz Beispiel: Frequenz- und Spannungsverlauf an einem August-Tag 260 V 230 V 200 V Quelle: Babelbee-Stromstelle
75 Energiemanagement im Solarzeitalter 50,1 Hz 50,0 Hz 49,9 Hz Beispiel: Frequenz- und Spannungsverlauf an einem August-Tag Physik Markt Physik 260 V 230 V 200 V Quelle: Babelbee-Stromstelle
76 Energiemanagement im Solarzeitalter x-millionen dezentrale (egoistische) Akteure es wird keine zentrale Leitstelle geben Verbraucher werden sich aus dem System verabschieden Sehr dynamische und regionale Systeme starke Leistungsschwankungen kurze Reaktionszeiten Cyberwar you ain't seen nothing yet Resourcenmangel wird die Menschen nicht "netter" machen das "sichere" Smart Grid?
77 Energiemanagement im Solarzeitalter Krisenfestigkeit bedeutet Quelle: Spiegel Online,
78 Cyberwar Krisenfestigkeit bedeutet dass unser Stromnetz auch ohne Leitstelle stabil bleiben muss. möglichst problemlos in keine Teilsysteme Energiekrise zerfallen können muss.
79 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
80 Erzeugungskapazitäten Lastausgleich Management
81 Politische 100 % Erneuerbare und Batteriespeicher Maßnahmen 1. Gaseinspeisegesetz 2. I.D.E.E % EE-Gridcode
82 Merke! Massenprodukte (PV + BHKW + EV) werden immer stärker unser Energiesystem prägen."
83 Merke! Erzeugung und Speicherung werden auch zukünftig die räumliche Nähe suchen."
84 Merke! Vorhersagen sind schwierg vor allem dann, wenn sie die Zukunft betreffen." Zitat: frei nach Niels Bohr ( )
85 Merke! Vorhersagen sind schwierg vor allem dann, wenn sie die Zukunft betreffen." Zitat: frei nach Niels Bohr ( ) Peak-Oil Unwetter Rohstoffnationalismus Finanzkrieg
86 Tomi Engel
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