Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab?

Transkript

1 Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab? Diskussion an aktuellen Ergebnissen Benjamin Böcker, Christoph Weber "Energy Transition"-Forum, E world, Essen,

2 Hintergrund Motivation Wandel im Energiesystem getrieben durch politische und gesellschaftliche Ziele zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien (EE) Steigende Fluktuationen der Residuallast (Nachfrage minus EE Einspeisung) Steigender Bedarf an Flexibilität Was für Flexibilitätsoptionen gibt es? Angebotsseite: Kraftwerke (größtenteils fossile Energieträger nutzend) Verbindungsebene : Netzausbau Nutzung von Vergleichmäßigungseffekten Speicher Nachfrageseite: DSM (Demand side management) 2

3 Wert von Speichern: Eine Frage der Perspektive? Motivation System (volkswirtschaftliche Sicht) Ein gesamtwirtschaftliches Ziel Deckung der Nachfrage zu geringsten Kosten Berücksichtigung von politischen Zielen Berücksichtigung von Wechselwirkungen Einzelinvestor (betriebswirtschaftliche Sicht) Individuelle Investitionsentscheidung Verschiedene Anwendungsfälle Marktumfeld / regulatorischer Rahmen Speicher Teil des eff. Portfolios? Wert von Speichern im Energiesystem Positiver NPV (Net Present Value)? Wert von Speichern für Investor Investitionsentscheidung (Bei einem funktionierenden Markt führen beide Perspektiven zum selben Wert) 3

4 Lassen sich eindeutige Haupttreiber identifizieren? I/II Motivation Bei Investitionsentscheidung i.d.r. bekannt Speichertechnologie (z. B. Speicherverhalten, -kosten) Anwendungsfall (z. B. Stationärer Großspeicher, PV-Speicher, E-Mobility) Gesellschaftliche Akzeptanz (z. B. bei Pumpspeicherkraftwerken) Bei Investitionsentscheidung stark Unsicherheitsbehaftet Ggf. Opportunitäten (z. B. Vermeidung von Strombezug im Fall von PV-Speichern) Marktausgestaltung (z. B. Spot-, Intraday-, Regelleistungsmarkt, Netzdienstleistungen) Regulatorischer Rahmen / Politische Ziele (z. B. Voraussetzungen für das Agieren an Märkten, Netznutzungsentgelte) 4

5 Lassen sich eindeutige Haupttreiber identifizieren? II/II Motivation Ziel: möglichst Adäquate Abbildung von Speichercharakteristiken und des Anwendungsfalls bestmögliche Abschätzung von Unsicherheiten Trade-Off zwischen Genauigkeit/Lösbarkeit/Rechenzeit Nutzung von Sensitivitätsrechnung ( Bewertung in Szenarien) Stochastische Simulation / Bewertung ( Direkte Bewertung unter Unsicherheit, falls Größen stochastisch simulierbar ) Probleme: Keine festen Haupttreiber (Abhängig von Speichertechnologie, Anwendungsfall) Einflussgrößen müssen für gesamte Lebenszyklus abgeschätzt werden (wie groß ist der zu erwartende Fehler?) Bewertung häufig für marginale Speichereinheit (Rückkopplung auf Preise müssten mit abgebildet werden) 5

6 Agenda Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab? Motivation 2. Einfluss von politischen Zielen auf den Wert von Speichern 3. Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern 4. Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen 5. Zusammenfassung 6

7 Einfluss politischer Ziele (deterministisches Systemmodell) I/II Einfluss von politischen Zielen auf den Wert von Speichern Optimale Speicherkapazitäten in Abhängigkeit der politischen Zielvorgaben Stilisiertes Modell für Deutschland 2040, 8760h, 9 Technologien, Grüne Wiese Ansatz Referenzfall: 20% CO 2 Emissionen (-80% bezogen auf 1990), Zielvorgabe 65 % Erneuerbare im Strommix Variation CO 2 Ziel Variation Erneuerbaren-Ziel Braunkohle Wind Offshore Steinkohle GuD Gasturbine Wind Onshore Solar Lithium-Ion Batterie Pumpspeicherkraftwerk 7

8 Einfluss politischer Ziele (deterministisches Systemmodell) I/II Einfluss von politischen Zielen auf den Wert von Speichern Änderung der Energiebereitstellung in Abhängigkeit der politischen Zielvorgaben Variation CO 2 Ziel Variation Erneuerbaren-Ziel Braunkohle Wind Offshore Steinkohle GuD Gasturbine Wind Onshore Solar Lithium-Ion Batterie Pumpspeicherkraftwerk 8

9 Agenda Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab? Motivation 2. Einfluss von politischen Zielen auf den Wert von Speichern 3. Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern 4. Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen 5. Zusammenfassung 9

10 Einfluss von technischen Restriktionen Alterung von Li-Ion Batterien I/II Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern Haupteinflussfaktoren sind Speicherleistung, -volumen und Wirkungsgrad Weitere Einflussfaktoren relevant, z. B. Alterung von Batteriespeichern! Kostenstruktur Lithium-Ionen Speicher Volumeneinheit ist mit Abstand teuerste Komponente (aktuelle Preise 575 /kwh und 160 /kw, Agora Studie, 2014) Lebensdauer bei Lithium-Ionen Batterien hauptsächlich beeinflusst durch irreversiblen Volumenverlust durch Volllaststunden Anteil Volumenkosten 2 88% 3 92% 4 93% Saft, 2014 Kalendarische Alterung Zyklische Alterung 10

11 Einfluss von technischen Restriktionen Alterung von Li-Ion Batterien II/II Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern c inv,vs = 1000 kwh 11

12 Anwendungsbeispiel: Optimaler Speicherbetrieb (2020) Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern Speicher Volumenkosten: 500 /kwh Speicher Volumenkosten: 0 /kwh Speicher Volumenkosten: /kwh 12

13 Anwendungsbeispiel: Überblick // Speicherlevel und Alterung (2020) Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern Jahr 2020 Erlöse [T ] Volumenverlustkosten [T ] Jahresergebnis [T ] Erwartete EOL [Jahre] mit VVK ohne VVK mit VVK ohne VVK mit VVK ohne VVK mit VVK ohne VVK Fall 500 /kwh 36,87 49,53 24,01 59,13 12,86-9, Fall 1000 /kwh 26,99 49,53 33,57 118,26-6,59-68, VVK=Volumenverlustkosten 13

14 Agenda Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab? Motivation 2. Einfluss von politischen Zielen auf den Wert von Speichern 3. Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern 4. Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen 5. Zusammenfassung 14

15 Aggregierte Optimierung: Netz und Speicher In Kooperation mit: Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen Physische Energieflüsse Finanzielle Flüsse Netz Systemgrenze Ex-post- Analyse Systemperspektive (Netz) Erzeugung Speicher Nachfrage Datengrundlage / Annahmen: Märkte Akteursperspektive (Speicherinvestor) NEP 2013, Zweiter Entwurf 2020 Netzlänge: Median 0,3 km (1,1 km Q95) Handel am Spot Markt, Strafzahlungen Ø Vergütung aller PV (33 ct/kwh) Investitionskosten: Speicher (100 /kw, 200 /kwh), Netz (80 T /km) 15

16 Entscheidungsmatrix Markt Sensitivität Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen Nur netzdienliche Fahrweise Zusätzlicher Handel am Spotmarkt 16

17 Entscheidungsmatrix Kompensationszahlungen Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen Strafzahlung in Höhe der Ø Vergütung aller PV (33 ct/kwh) Strafzahlung in Höhe der Ø Vergütung neuer PV (13 ct/kwh) Strafzahlung in Höhe der Ø Vergütung Spot Preis Strafzahlung in Höhe der Ø keine Abregelung 17

18 Agenda Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab? Motivation 2. Einfluss von politischen Zielen auf den Wert von Speichern 3. Einfluss von Alterungseffekten auf den Wert von Speichern 4. Nutzung von Synergieeffekten Speicher in Verteilnetzen 5. Zusammenfassung 18

19 Wovon hängt der Wert von Speichern im zukünftigen Energiesystem ab? Zusammenfassung Pauschale Aussage nicht möglich, da sich Haupttreiber gegenseitige Beeinflussung Viele unterschiedliche Einflussgrößen, welche sich nur bedingt vorhersagen lassen Konkrete Wertermittlung nur unter gegebenen Annahmen stark unsicherheitsbehaftet Analysen des Einflusses verschiedener Inputgrößen / Rahmenbedingungen möglich Maßgeblicher Werttreiber: Technische Eigenschaften Adäquate Abbildung der wichtigsten Restriktionen bzw. Zusammenhänge Regulatorischer Rahmen (Umsetzung politischer Ziele) Sensitivitäten Marktausgestaltung, Preisgestaltung Stochastische Modellierung Problem: Adäquate Modellierung des Regelleistungsmarktes (aktuell sehr attraktiv für Speicher) 19

20 Vielen Dank! Kontakt: Benjamin Böcker Telefon: 0201/