Auswirkungen dezentraler Solarstromspeicher auf Netzbetreiber und Energieversorger

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1 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Auswirkungen dezentraler Solarstromspeicher auf Netzbetreiber und Energieversorger Öffentlicher Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik

2 Energiewende braucht Flexibilität Volle Versorgungssicherheit bei volatiler Erzeugung 2

3 Netze Bieten räumliche Flexibilität 3

4 Speicher Bieten zeitliche Flexibilität 4

5 Heimspeicher Die Energiewende zuhause 5

6 Heimspeicher: Die Energiewende zuhause Batteriespeicher verschieben Solarstrom vom Tag in die Nacht Mehr Eigenverbrauch = Weniger Strombezug Welche Auswirkungen haben Solarstromspeicher auf Netzbetreiber und Energieversorger? [1] 6

7 Einfluss von Heimspeichern auf die Energiewirtschaft Netzbetreiber Welchen Einfluss haben Batteriespeicher auf die Lastprofile von Privathaushalten? Was muss bei der Netzplanung beachtet werden? Wie können die Stromnetze zukünftig finanziert werden? Energieversorger Wie viel Strom beziehen Kunden noch aus dem öffentlichen Netz? Wie verändern sich die Abnahmemengen im Jahresverlauf? [2] 7

8 Agenda Umfang und Methodik der Datenerhebung Markt- und Technologieentwicklung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland Netzrückwirkungen dezentraler Solarstromspeicher Standardlastprofile für Haushalte mit Photovoltaikanlage und Batteriespeicher Einfluss von Heimspeichern auf Energieversorger Zusammenfassung und Ausblick 8

9 KfW-Förderung von Heimspeichern Förderung von PV-Anlagen mit Batteriespeicher durch KfW-Bank und Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Erste Förderperiode: 05/ /2015 Zweite Förderperiode: 03/ /2018 Förderung von bis zu 30% der Batteriekosten möglich Anspruchsvolle technische Anforderungen 10 Jahre Zeitwertersatzgarantie auf Batterie Begrenzung der maximalen Einspeiseleistung auf 50 % der PV-Nennleistung 9 + verpflichtende Teilnahme an einem wissenschaftlichen Monitoringprogramm

10 Basis-Monitoring: Erfassung der Markt- und Technologieentwicklung Nutzer geben ihre Anlagendaten über eine Website ein: Ort der Anlage Systemtopologie Leistung des PV-Generators Batterietyp Installierte und nutzbare Kapazität der Batterie Preis von PV-Generator und Batteriespeicher Freiwillige Angaben: Anzahl Bewohner im Haushalt Jährlicher Stromverbrauch Energieintensive Verbraucher? 10

11 Basis-Monitoring: Erfassung der Markt- und Technologieentwicklung Nutzer geben ihre Anlagendaten über eine Website ein: Ort der Anlage Systemtopologie Leistung des PV-Generators Batterietyp Installierte und nutzbare Kapazität der Batterie Preis von PV-Generator und Batteriespeicher Freiwillige Angaben: Anzahl Bewohner im Haushalt Jährlicher Stromverbrauch Energieintensive Verbraucher? 11

12 Standard-Monitoring: Erfassung der monatlichen Energieflüsse Nutzer können Betriebsdaten ihrer Heimspeicher eingeben Hochladen von Logfiles Eintragen von Zählerständen Zusätzlich Kooperationen mit Herstellern von Speichersystemen [3] Aktuell liegen monatlich die Erzeugungs- und Verbrauchswerte sowie der Speichereinsatz von mehr als Haushalten vor [4] 12

13 Standard-Monitoring: Erfassung der monatlichen Energieflüsse Nutzer können Betriebsdaten ihrer Heimspeicher eingeben Hochladen von Logfiles Eintragen von Zählerständen Zusätzlich Kooperationen mit Herstellern von Speichersystemen [3] Aktuell liegen monatlich die Erzeugungs- und Verbrauchswerte sowie der Speichereinsatz von mehr als Haushalten vor 13

14 Standard-Monitoring: Erfassung der monatlichen Energieflüsse Nutzer können Betriebsdaten ihrer Heimspeicher eingeben Hochladen von Logfiles Eintragen von Zählerständen Zusätzlich Kooperationen mit Herstellern von Speichersystemen Aktuell liegen monatlich die Erzeugungs- und Verbrauchswerte sowie der Speichereinsatz von mehr als Haushalten vor 14

15 Intensiv-Monitoring: Detailvermessung von Heimspeichern im Feld Ausrüsten von 32 privat betriebenen PV- Speichern mit hochauflösendem Messequipment Messen aller relevanten Werte in sekündlicher Auflösung 15

16 PV-Speicher Haushalt nahe Aachen 16

17 Hochauflösendes Messsystem 17

18 Intensiv-Monitoring: Detailvermessung von Heimspeichern im Feld 18

19 Zusammenfassung: Datengrundlage des Speichermonitorings Basis-Monitoring Seit 2014: Mehr als vollständige Datensätze von Heimspeichern in Deutschland Weltweit größte Datenbank Standard-Monitoring Seit 2015: Monatliche Energieflüsse von durchschnittlich mehr als Haushalten mit PV-Anlage und Batteriespeicher Intensiv-Monitoring Sekündliche Erfassung aller relevanten Messgrößen an aktuell 24 Haushalten mit PV-Anlage und Batteriespeicher Mehr als 120 Millionen Messwerte pro Tag Weltweit größte Datenbank Weltweit größte Datenbank 19

20 Agenda Umfang und Methodik der Datenerhebung Markt- und Technologieentwicklung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland Netzrückwirkungen dezentraler Solarstromspeicher Standardlastprofile für Haushalte mit Photovoltaikanlage und Batteriespeicher Einfluss von Heimspeichern auf Energieversorger Zusammenfassung und Ausblick 20

21 Kumulierte Anzahl an Heimspeichern in Deutschland, Über 600 MWh 21

22 Kumulierte Anzahl an Heimspeichern in Deutschland, Ca. 800 MWh [Schätzung] H

23 Verteilung von Heimspeichern in Deutschland Absolute Zahlen (insgesamt ca. 85,000 Anlagen) Pro 100,000 Haushalte 23

24 Warum Heimspeicher? 24

25 Entwicklung der Marktanteile von Blei und Lithium bei Heimspeichern 25

26 Mittelwerte der Preisentwicklung von Li-Ionen Heimspeichern (inkl. MwSt.) in Deutschland > 50% 26

27 Nutzbare Kapazität von Heimspeichern 27

28 Nutzbare Kapazität von Heimspeichern Große PV-Anlage Große Batterie 28

29 Nutzbare Kapazität von Heimspeichern Hoher Stromverbrauch Große Batterie [MWh] 29

30 Agenda Umfang und Methodik der Datenerhebung Markt- und Technologieentwicklung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland Netzrückwirkungen dezentraler Solarstromspeicher Standardlastprofile für Haushalte mit Photovoltaikanlage und Batteriespeicher Einfluss von Heimspeichern auf Energieversorger Zusammenfassung und Ausblick 30

31 Einfluss von Heimspeichern auf Netzbetreiber Die Betriebsstrategie des Speichers hat Einfluss auf das Verteilnetz Speicherbetriebsweise: Überschussladung Überschussladung Batterie wird so früh wie möglich vollgeladen Keine verlässliche Reduzierung der PV- Einspeisung zur Mittagszeit Möglicherweise Verluste durch Abregelung [6] 31

32 Einfluss von Heimspeichern auf Netzbetreiber Die Betriebsstrategie des Speichers hat Einfluss auf das Verteilnetz Speicherbetriebsweise: Ideale Überschussladung Netzentlastung Ideale Netzentlastung Batterie wird vor allem zur Mittagszeit geladen Verlässliche Reduzierung der PV-Einspeisung zur Mittagszeit Keine Verluste durch Abregelung [6] [7] 32

33 Netzdienliche Speicher verringern die maximale PV-Einspeiseleistung Eckdaten des Haushalts: P PV = 8,86 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 3,3 kw Zeitraum: 03. Mai

34 Netzdienliche Speicher verringern die maximale PV-Einspeiseleistung Eckdaten des Haushalts: P PV = 8,86 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 3,3 kw Zeitraum: bis

35 Agenda Umfang und Methodik der Datenerhebung Markt- und Technologieentwicklung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland Netzrückwirkungen dezentraler Solarstromspeicher Standardlastprofile für Haushalte mit Photovoltaikanlage und Batteriespeicher Einfluss von Heimspeichern auf Energieversorger Zusammenfassung und Ausblick 35

36 Standardlastprofile Standardlastprofile werden verwendet um den Energieverbrauch von Kunden mit weniger als 100 MWh Jahresstrombezug abzuschätzen 15 Minuten Mittelwerte Keine Berücksichtigung von PV-Anlagen oder Speichern 36

37 Anforderungen an neue Standardlastprofile Diskussion mit Netzbetreibern Keine Verwendung von proprietärer Software / Möglichst einfache Anwendbarkeit Verwendung der individuellen Standardlastprofile des jeweiligen Netzbetreibers Standardlastprofil Last Existiert immer Standardlastprofil Prosumer Standardlastprofil PV Existiert teilweise Standardlastprofil Batterie Existiert nie 37

38 Methodik zur Erstellung der neuen Standardlastprofile Aggregation der Messdaten zu Standardlastprofilen Auswahl Konditionierung Mittelung Einteilung in Typtage Normalisierung Gewichtete Summation Separat für Haushaltslasten Photovoltaik-Erzeugung Speicherbetrieb 38

39 Entwicklung von Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher Skalierbare Profile für Last PV-Erzeugung Batteriespeicher Eckdaten des dargestellten Haushalts: P PV = 8,1 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 3,3 kw 39

40 Entwicklung von Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher Skalierbare Profile für Last PV-Erzeugung Batteriespeicher Eckdaten des dargestellten Haushalts: P PV = 8,1 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 3,3 kw 40

41 Entwicklung von Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher Skalierbare Profile für Last PV-Erzeugung Batteriespeicher Eckdaten des dargestellten Haushalts: P PV = 8,1 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 3,3 kw 41

42 Entwicklung von Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher Skalierbare Profile für Last PV-Erzeugung Batteriespeicher Eckdaten des dargestellten Haushalts: P PV = 8,1 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 3,3 kw 42

43 Bedeutung von Standardlastprofilen für die Netzplanung Einfluss der (nicht-) Beachtung von Heimspeichern bei der Netzplanung Eckdaten des betrachteten Verteilnetzes: P ONS = 630 kva 232 Anschlüsse Durchschnittlich 22m Abstand [8] 43

44 Bedeutung von Standardlastprofilen für die Netzplanung Einfluss der (nicht-) Beachtung von Heimspeichern bei der Netzplanung Eckdaten des betrachteten Verteilnetzes: P ONS = 630 kva 232 Anschlüsse Durchschnittlich 22m Abstand 44

45 Agenda Umfang und Methodik der Datenerhebung Markt- und Technologieentwicklung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland Netzrückwirkungen dezentraler Solarstromspeicher Standardlastprofile für Haushalte mit Photovoltaikanlage und Batteriespeicher Einfluss von Heimspeichern auf Energieversorger Zusammenfassung und Ausblick 45

46 Auswirkung von Heimspeichern auf Energieversorger Autarkiegrad: Anteil des verbrauchten Stroms, der selbst Erzeugt wurde Autarkiegrad Bedeutung 0% Der gesamte Strom wurde aus dem öffentlichen Netz bezogen 100% Es wurde kein Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen [1] 46

47 Auswirkung von Heimspeichern auf Energieversorger 47

48 Auswirkung von Heimspeichern auf Energieversorger Haushalte mit Photovoltaik-Anlage und Batteriespeicher erreichen im Durchschnitt Autarkiegrade von mehr als 70% Strompreis besteht zu 75% aus Fixkosten und Steuern/ Abgaben/ Umlagen 48

49 Auswirkung von Heimspeichern auf Energieversorger Haushalte mit Photovoltaik-Anlage und Batteriespeicher erreichen im Durchschnitt Autarkiegrade von mehr als 70% Strompreis besteht zu 75% aus Fixkosten und Steuern/ Abgaben/ Umlagen 49

50 Auswirkung von Heimspeichern auf Energieversorger Haushalte mit Photovoltaik-Anlage und Batteriespeicher erreichen im Durchschnitt Autarkiegrade von mehr als 70% Strompreis besteht zu 75% aus Fixkosten und Steuern/ Abgaben/ Umlagen Anpassungen der Netzentgelte und des Umlagesystems erforderlich um Batteriespeicher und Sektorenkopplung abzubilden 50

51 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch Durch den Einsatz von Heimspeichern wird Weniger Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist Weniger Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen Verwendung der Daten des Basis- und Standard-Monitorings zur Berechnung der monetären Bedeutung Monatliche Energieflüsse von ~ Haushalten Skalierung Stammdatensätze Gewichtung Marktdaten der Jahre (EEG-Umlage, Netzentgelte, ) Entsolidarisierung? 51

52 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch Durch den Einsatz von Heimspeichern wird Weniger Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist Weniger Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen Verwendung der Daten des Basis- und Standard-Monitorings zur Berechnung der monetären Bedeutung Analyse der unterschiedlichen Besteuerungsmodelle Kleinunternehmerregelung: Regelbesteuerung Monatliche Energieflüsse von ~ Haushalten Stammdatensätze Marktdaten der Jahre (EEG-Umlage, Netzentgelte, ) Entsolidarisierung? Skalierung Gewichtung 52

53 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch 53

54 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch 54

55 Agenda Umfang und Methodik der Datenerhebung Markt- und Technologieentwicklung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland Netzrückwirkungen dezentraler Solarstromspeicher Standardlastprofile für Haushalte mit Photovoltaikanlage und Batteriespeicher Einfluss von Heimspeichern auf Energieversorger Zusammenfassung und Ausblick 55

56 Zusammenfassung (1/3) Markt- und Technologieentwicklung Der deutsche Markt für Heimspeicher wächst rasant Aktuell wird jede zweite neue PV-Anlage zusammen mit einem Batteriespeicher installiert Lithium-Ionen Batterien haben sich am Markt gegen Blei- Säure Batterien durchgesetzt Die Preise für Heimspeichern sinken weiter Entwicklung der Elektromobilität hat erheblichen Einfluss auf Kostenentwicklung [9] 56

57 Zusammenfassung (2/3) Auswirkungen auf Energieversorger Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher können bis zu 70% ihres Stromverbrauches selbst erzeugen Der Reststrombezug ist stark von der Jahreszeit abhängig Neuregelung der Abgaben und Umlagen auf Elektrizität wird mittelfristig erforderlich [10] 57

58 Zusammenfassung (3/3) Auswirkungen auf Netzbetreiber Solarstromspeicher reduzieren die maximalen Bezugs- und Einspeiseleistungen in den Verteilnetzen Dadurch kann bei bestehender Netzinfrastruktur eine höhere Durchdringung mit erneuerbarer Energien erreicht werden Heimspeicher können zukünftig Lastspitzen von Elektrofahrzeugen reduzieren [11] 58

59 Bildquellen 1 Ferkelreggea/Fotolioa.com 2 Anschluss und Betrieb von Speichern am Niederspannungsnetz (VDE). Oktober 2016 URL: 3 SN/APA (DPA)/Jan Woitas 4 Stromzähler für das Energiemanagement URL: 6 Entlastung der Stromnetze URL: 7 Entlastung der Stromnetze URL: 8 K.M. Demirel: Siedlungstyp D, aus: Modellierung von Referenznetzen in der Niederspannungsebene 9 Ingobartussek/fotolia.com 10 Andreypopow/fotolia.com 11 Hanseat/fotolia.com 59

60 Förderung Die vorgestellte Dissertation basiert auf Ergebnissen die im Rahmen der folgenden öffentlich geförderten Forschungsvorgaben entstanden: Wissenschaftliches Mess- und Evaluierungsprogramm Solarstromspeicher (WMEP PV-Speicher) Förderkennzeichen: Wissenschaftliches Mess- und Evaluierungsprogramm Solarstromspeicher 2.0 (KfW 275) Förderkennzeichen: 03ET

61 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Auswirkungen dezentraler Solarstromspeicher auf Netzbetreiber und Energieversorger Vortrag zur Dissertation , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik

62 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Backup Vortrag zur Dissertation , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik

63 Inhaltsverzeichnis Backup Folie Inhalt 67 Markt- und Technologieentwicklung 77 Einfluss auf Netzbetreiber 81 Standardlastprofile für Heimspeicher 91 Einfluss auf Energieversorger 107 Wirtschaftlichkeitsberechnung von Heimspeichern 111 Pooling von Heimspeichern 120 Simulative Ergebnisse aus PV-Nutzen 63

64 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Markt- und Technologieentwicklung Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 64 Speichersystemtechnik

65 Verteilung von Heimspeichern in Deutschland Absolute Zahlen (insgesamt ca. 85,000 Anlagen) Pro 100,000 Haushalte 65

66 Warum Heimspeicher? 66

67 Entwicklung der Marktanteile von Blei und Lithium bei Heimspeichern 67

68 Mittelwerte der Preisentwicklung von Li-Ionen Heimspeichern (inkl. MwSt.) in Deutschland > 50% 68

69 Preisentwicklung von Heimspeichern (inkl. MwSt.) in Deutschland 69

70 Typische Speicherauslegung 70

71 Typische Speicherauslegung Große PV-Anlage -> Große Batterie 71

72 Typische Speicherauslegung Hoher Stromverbrauch -> Große Batterie [MWh] 72

73 Marktanteile KfW-geförderter Speichersystemhersteller Based on KfW-funding 73

74 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Einfluss auf Netzbetreiber Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 74 Speichersystemtechnik

75 Netzdienliche Speicher verringern die maximale PV-Einspeiseleistung Eckdaten des Haushalts: P PV = 9,56 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 2,8 kw Zeitraum: 01. Oktober

76 Netzdienliche Speicher verringern die maximale PV-Einspeiseleistung Eckdaten des Haushalts: P PV = 9,56 kwp E Jahr = kwh C Bat = 8 kwh P Bat = 2,8 kw Zeitraum: 18. Juli

77 Netzdienliche Speicher verringern die maximale PV-Einspeiseleistung Eckdaten des Haushalts: P PV = 6,24 kwp E Jahr = kwh C Bat = 4,6 kwh P Bat = 1,5 kw Zeitraum: bis

78 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Standardlastprofile für Heimspeicher Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 78 Speichersystemtechnik

79 Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher 79

80 Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher 80

81 Standardlastprofilen für Haushalte mit PV-Anlage und Batteriespeicher 81

82 Excel-Tool zur Erstellung von Standardlastprofilen für Haushalte mit PV- Anlage und Heimspeicher 82

83 Excel-Tool zur Erstellung von Standardlastprofilen für Haushalte mit PV- Anlage und Heimspeicher 83

84 Maximale PV-Einspeisung in die MS-Ebene für unterschiedliche Durchdringungsraten von PV-Speichern 84

85 Maximaler Leistungsbezug aus der MS-Ebene für unterschiedliche Durchdringungsraten von PV-Speichern 85

86 Summe der monatlichen PV-Einspeisung des gesamten Netzgebiets für unterschiedliche Durchdringungsraten von PV-Speichern 86

87 Summe des monatlichen Strombezugs des gesamten Netzgebiets für unterschiedliche Durchdringungsraten von PV-Speichern 87

88 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Einfluss auf Energieversorger Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 88 Speichersystemtechnik

89 Durchschnittliche monatliche PV-Erzeugung im Jahr

90 Verteilung der jährlichen PV-Erzeugung im Jahr

91 Durchschnittlicher monatlicher Hausverbrauch im Jahr

92 Verteilung der jährlichen Hausverbräuche im Jahr

93 Durchschnittliche monatliche Eigenverbrauchsqoten im Jahr

94 Verteilung der Eigenverbrauchsquoten im Jahr

95 Durchschnittliche monatliche Autarkiegrade im Jahr

96 Verteilung der Autarkiegrade im Jahr

97 Mittlere Eigenverbrauchsquoten in Abhängigkeit der relativen PV-Nennleistung 97

98 Mittlere Autargiegrade in Abhängigkeit der relativen PV-Nennleistung 98

99 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch Durch den Einsatz von Heimspeichern wird Weniger Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist Weniger Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen Anhand der Daten des Basis- und Standard- Monitorings werden für jedes Jahr die Gesamtstrommengen berechnet und mit den jeweiligen Gewichtungsfaktoren bewertet EEG-Einspeisevergütung Umsatzsteuer auf Kauf der Speichersysteme Netzentgelte 99

100 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch Durch den Einsatz von Heimspeichern wird Weniger Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist Weniger Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen Betrachtung der unterschiedlichen Besteuerungsmodelle Kleinunternehmerregelung: Kein Vorsteuerabzug Regelbesteuerung: Vorsteuerabzug, Besteuerung des Eigenverbrauchs 100

101 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch 101

102 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch 102

103 Berechnung der volkswirtschaftlichen Effekte von solarem Eigenverbrauch 103

104 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Wirtschaftlichkeitsberechnung von Heimspeichern Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik

105 Wirtschaftlichkeit von Heimspeichern (Status Quo) Annahmen (Best Case) 800 / kwh nutzbare Kapazität 10 Jahre Garantie % Roundtrip-Wirkungsgrad 12 ct/kwh EEG-Vergütung (Opportunitätskosten) Max. 30 ct/kwh Strompreis Zyklen pro Jahr Kosten für eine kwh gespeicherter Energie Opportunitätskosten und Verluste Speicherkosten Äquivalente 12 ct kwh 1 Vollzyklen pro ct Jahr = 14,4 85% kwh 800 /kwh 2500 full cycles = 32 ct kwh $$ Gesamtkosten > 46 ct/kwh [1] Jan Figgener

106 Wirtschaftlichkeit von Heimspeichern (in 2 Jahren) Annahmen (Best Case) 550 / kwh nutzbare Kapazität 15 Jahre Garantie 75 85% Roundtrip-Wirkungsgrad 11 ct/kwh PV EEG-Vergütung (Opportunitätskosten) Max. 30 ct/kwh Strompreis Zyklen pro Jahr $$ Kosten für eine kwh gespeicherter Energie Opportunitätskosten und Verluste 11 ct kwh 1 85% Speicherkosten 550 /kwh 3750 full cycles = 12,9 ct kwh = 14,7 ct kwh Gesamtkosten > 27,6 ct/kwh [1] Jan Figgener

107 Wirtschaftlichkeit von Heimspeichern (in 5 Jahren?) Annahmen (Best Case) 400 / kwh nutzbare Kapazität 15 Jahre Garantie 75 85% Roundtrip-Wirkungsgrad 3 ct/kwh EEG-Vergütung (Opportunitätskosten) Max. 30 ct/kwh Strompreis Zyklen pro Jahr Kosten für eine kwh gespeicherter Energie Opportunitätskosten und Verluste 3 ct kwh 1 85% Speicherkosten = 3,53 ct kwh 400 /kwh 3750 full cycles = 10,7 ct kwh $$ Gesamtkosten > 14,2 ct/kwh [1] Jan Figgener

108 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Pooling von Heimspeichern Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 108 Speichersystemtechnik

109 Äquivalente Vollzyklen Pooling von Heimspeichern: Hintergrund Moderne Li-Ionen Batterien können über Zyklen überstehen In Hausspeichern nur Zyklen pro Jahr Selbst nach 15 Jahren max. 75% der Zyklen ausgenutzt Zweitnutzen kann zusätzliche Gewinne erwirtschaften Nutzungsgrad von Batteriespeichern im Eigenverbrauch System A System B System C System D System E System F System G 109

110 Pooling von Heimspeichern: Arbitragehandel an der Strombörse Konzept Kauf von günstigem Börsenstrom/ Verkauf zu Preisspitzen Derzeitige Situation Deutscher Strommarkt mit hoher Liquidität und niedriger Volatilität Überkapazitäten / Marktkopplung Flexiblere Fahrweise von Kohle-KW Speicherwirkungsgrad im Bereich von 75 85% Derzeit kein Business Case 110

111 Pooling von Heimspeichern: Bereitstellung von Regelleistung Regelleistung stellt das Gleichgewicht von Erzeugung und Nachfrage sicher Primärregelleistung Vollständige Aktivierung innerhalb von 30s Sekundärregelleistung Vollständige Aktivierung innerhalb von 30s Minutenreserve Vollständige Aktivierung innerhalb von 30s 111

112 Pooling von Heimspeichern: Bereitstellung von Primärregelleistung Primärregelleistung soll den Ausfall von Erzeugungsleistung kompensieren Europa ~3.000 MW DE/AT/CH ~ 800 MW Derzeit bereits rund 250 MW Batteriespeicher für PRL in Deutschland in Betrieb / Bau 90 MW Steag (NRW) 5 MW Wemag (Schwerin) 12 MW Daimler (Lünen) 4 MW RWTH Aachen 10 MW Energiequelle (Feldheim) 112

113 113

114 Preis pro MW und Woche [ ] Preisentwicklung auf Primärregelleistungsmarkt % in 3 Jahren H H H H H H H

115 Der Sekundärregelleistungsmarkt Neues Ausschreibungsverfahren seit Zeitscheiben á 4 Stunden Angebote mittels prognostizierbarer erneuerbarer Energiequellen Speicher können Prognosefehler ausgleichen Negative Regelleistung besonders interessant für Speicher Speichern von Strom zur späteren Nutzung Umwandlung in Wärme Lokale Wärmespeicher Nah/Fernwärmenetze Höhere Marktliquidität Durchschnittliche Preise werden sinken Preisvolatilität wird steigen 115

116 Der Sekundärregelleistungsmarkt Steigende Anteile erneuerbare Energien führen nicht zwangsläufig zu hohem Regelenergiebedarf 116

117 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Simulative Ergebnisse aus PV Nutzen Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 117 Speichersystemtechnik

118 Projekt PV-Nutzen Auswirkung verschiedener Betriebsstrategien von Heimspeichern auf (ländliche) Verteilnetze Simuliertes Netz: 250 kva Ortsnetzstation 72 Haushalte 25 PV-Anlagen (mit/ohne Speicher) Beispielhafte Betrachtung des kritischen Netzknoten 72 Abgelegener Bauernhof mit 30 kwp PV-Anlage und 21 kwh Batterie 118

119 Maximierung des Eigenverbrauchs / Zeitschaltuhr Netzaustauschleistung Spannung am Netzknoten

120 Maximierung des Eigenverbrauchs / Zeitschaltuhr Netzaustauschleistung Spannung am Netzknoten

121 Maximierung des Eigenverbrauchs / Zeitschaltuhr Netzaustauschleistung Spannung am Netzknoten

122 Bereitstellung von Blindleistung Nach VDE-AR-N 4105 sind Betreiber von PV- Anlagen mit Netzanschlussleistungen > 3,68 kva dazu verpflichtet, sich am Blindleistungsmanagement zu beteiligen Durch das Einspeisen von Blindleistung kann die Spannungserhöhende Wirkung der PV- Einspeisung reduziert werden 122

123 Berücksichtigung von Blindleistungsmanagement Netzaustauschleistung Spannung am Netzknoten

124 Inhaltsverzeichnis Backup Folie Inhalt 67 Markt- und Technologieentwicklung 77 Einfluss auf Netzbetreiber 81 Standardlastprofile für Heimspeicher 91 Einfluss auf Energieversorger 107 Wirtschaftlichkeitsberechnung von Heimspeichern 111 Pooling von Heimspeichern 120 Simulative Ergebnisse aus PV-Nutzen 124

125 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Auswirkungen dezentraler Solarstromspeicher auf Netzbetreiber und Energieversorger Vortrag zur Dissertation an der Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Technische Informatik der RWTH Aachen , Aachen Kai-Philipp Kairies Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik

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