Speichermodelle auf Prosumer-Ebene und ihre Wirtschaftlichkeit durch den PV-Eigenverbrauch. Basem Idlbi, M.Sc. Ulm,

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1 Speichermodelle auf Prosumer-Ebene und ihre Wirtschaftlichkeit durch den PV-Eigenverbrauch Basem Idlbi, M.Sc. Ulm,

2 Kernfragen des heutigen Vortrags Welche unterschiedlichen Speichermodelle lassen sich unterscheiden? Wie lässt sich die Wirtschaftlichkeit von Speichermodellen analysieren? Wie wirken sich unterschiedliche Speichermodelle auf die Verteilnetze aus?

3 Unterschiedliche Speichermodelle Technologien zur Erhöhung des Eigenverbrauchs von PV-Anlagen PV Nur Photovoltaik HS Heimbatteriespeicher QS Quartierspeicher PtH Power to heat PtH + HS Netzeinspeisung/-bezug Netzeinspeisung/-bezug Netzeinspeisung/-bezug Netzeinspeisung/-bezug Netzeinspeisung/-bezug PV-Eigenverbrauch PV-Eigenverbrauch PV-Eigenverbrauch PV-Eigenverbrauch PV-Eigenverbrauch Speichereinspeisung/- bezug Speichereinspeisung/- bezug Wärmeproduktion Speichereinspeisung/- bezug Wärmeproduktion 3

4 Unterschiedliche Speichermodelle Beispiel: Heimbatterie- Speicher Typische Energieflüsse eines Prosumers mit PV-HS am PV-Nennleistung: 4 kwp HS-Kapazität: 2 kwh 4

5 Analyse der Wirtschaftlichkeit Staatliche Förderung und Zahlungsströme bei unterschiedlichen Speichermodellen PV Nur Photovoltaik HS Heimbatteriespeicher QS Quartierspeicher PtH Power to heat PtH + HS Referenzmodell Einnahmen: EV Einnahmen: EEG-V Invest. und Betr. der PV Analyse von PV-Anlagen in Ulm ca. 6 kwp Kombiniert mit PV- Modell (EEG-V und EV) Einnahmen: höherer EV (HS) Höhere Invest. und Betr. Kombiniert mit PV-Modell (EEG-V und EV) Einnahmen: höherer EV (QS) Miete von kwh von Speicheranbieter Möglicherweise im Arealnetz oder als Cloud- Speicher Kombiniert mit PV- Modell (EEG-V und EV) Einnahmen: höherer EV von Wärme (PtH) Höhere Invest. und Betr. Kombiniert mit PV- Modell (EEG-V und EV) Einnahmen: höherer EV (HS) Einnahmen: höherer EV von Wärme (PtH) Höhere Invest. und Betr. Abkürzungen: EV: Eigenverbrauch EEG-V: EEG-Vergütung Invest.: Investitionsausgaben Betr.: Betriebskosten Prosumer: Energieproduzent und -konsument 5

6 Analyse der Wirtschaftlichkeit Beispiel: Heimbatterie-Speicher Prosumer Einspeisung Netz Beschaffung & Betrieb PV & Speicher Netzbetreiber Einspeisung Netz Netzentgelte Zahlungsströme eines HS kombiniert mit einer PV-Anlage Prosumer Bezug Netz Einspeisung Speicher Speicherverluste Bezug Netz und Energieversorger Energiemarkt Finanzamt Bezug Speicher Mehrwertsteuer PV-Eigenverbrauch Mehrwertsteuer Messwesen 6

7 Analyse der Wirtschaftlichkeit Methodik der Wirtschaftlichkeitsanalyse Die Speichermodelle werden mit Last- und Einspeisedaten aus Ulmer Gebiet vom 2017 simuliert Die Erträge und Kosten werden anhand der simulierten Energieflüsse berechnet Der Barwert für jedes Modell wird wie ein Projekt mit der Lebensdauer von 20 Jahren berechnet Details und Annahmen werden in einem wissenschaftlichem Paper veröffentlicht (IRES-2019) Die Vergleichsregel: Positiver Barwert Hoher Ertrag als eine durchschnittliche Investition Je Höher der Barwert ist desto wirtschaftlicher ist das Modell 7

8 Barwert [ ] Analyse der Wirtschaftlichkeit Wirtschaftlichkeit eines Heimspeichers bei aktuellen Preisen Barwert für Geschäftsmodelle für Prosumer, bei einer PV- Nennleistung von 6 kwp und verschiedenen Speichergrößen 3,000 2,000 1, ,000-2,000-3,000-4,000-5,000 2 kwh 4 kwh 6 kwh Speicherkapazität PV HS HS + Förderprogramm 8

9 Wirtschaftlichkeitsanalyse (aktuelles Szenario) Wirtschaftlichkeit eines Heimspeichers PV-Anlagen sind am profitabelsten Hohe Invest. und Betr. beim HS Förderprogramme (z.b. in BW) können die Wirtschaftlichkeit von HS unterstützen Hohe Autarkie mit grüner Energie ist der Grund für Prosumer HS zu installieren Abkürzungen: BW: Baden-Württemberg 9

10 Barwert [ ] Analyse der Wirtschaftlichkeit Vergleich der unterschiedlichen Speichermodelle Barwert der Geschäftsmodelle für Prosumer, für vier Speichergrößen, gleich großes PtH Modell, bei einer PV- Nennleistung von 6 kwp 1, ,000-2,000-3,000-4,000-5,000-6,000-7,000-8,000 2 kwh 4 kwh 6 kwh Speicherkapazität QS HS HS + PtH PtH 10

11 Wirtschaftlichkeitsanalyse (aktuelles Szenario) Vergleich der Geschäftsmodelle HS kann für kleine Systeme profitabel sein HS sind bei großen Systemen nicht wirtschaftlich auf Grund hoher Invest. QS sind für die angenommene Miete nicht wirtschaftlich PtH ist auf Grund des niedrigen Wärmepreises nicht profitabel (aber hohe Autarkie) Regulatorische Rahmenbedingung (z.b. Mehrwertsteuer für Eigenverbrauch) hat einen negativen Effekt 11

12 Barwert [ ] Analyse der Wirtschaftlichkeit (Post-EEG Szenario) Wirtschaftlichkeit eines Heimspeichers bei zukünftigen Preisen und POST EEG Barwert der Geschäftsmodelle für Prosumer, für drei Speichergrößen, gleich großes PtH Modell, bei einer PV- Nennleistung von 6 kwp 1, ,000-1,500-2,000-2,500-3,000 2 kwh 4 kwh 6 kwh Speicherkapazität PV HS HS + PtH PtH 12

13 Wirtschaftlichkeitsanalyse (Post-EEG Szenario) Vergleich der Geschäftsmodelle Kleine HS können wirtschaftlicher als nur PV-Anlagen sein PtH Systeme sind nicht wirtschaftlich (aber hohe Autarkie) Der angenommene Wärmepreis ist im Vergleich zum Strompreis niedrig Wärmebedarf ist im Winter groß wenn die PV-Produktion in Deutschland gering ist 13

14 Einfluss auf das Netz Netzsimulation: Hittistetten Berechnung der Spannungen und Ströme im Stromnetz Hohe Spannungen und Ströme haben negative Effekte im Netz QS HS Quelle: 14

15 Einfluss auf das Netz Vergleich HS und QS: Spannung Die Spannung sinkt wenn die HS laden Min. und max. Spannung im simulierten Netz an einem Sommertag (z.b ) Effekt tritt hauptsächlich in der ersten Hälfte der Sonnenstunden auf, danach sind die meisten Speicher voll QS beeinflussen die Energieflüsse innerhalb des Netzes nicht Beide Speichermodelle haben keinen negativen Effekt auf das Netz 15

16 Fazit Aktuell: Steuern und Abgaben, sowie die hohen Investitionskosten machen Speichermodelle ohne Inanspruchnahme eines Förderprogramms aktuell unwirtschaftlich Mit staatlichen Förderprogrammen kann die Wirtschaftlichkeit jedoch verbessert werden Systeme ausschließlich mit PV-Anlage sind zwar profitabler, weisen jedoch einen geringeren Autarkiegrad auf PtH ist für Prosumer nicht profitable, da die Wärmepreise deutlich geringer als die EEG-Vergütung sind Durch HS, QS sowie PtH können Prosumer eine höhere Autarkie erzielen und sich so unabhängiger von Strompreisveränderungen machen Post-EEG HS können für optimal dimensionierte Systeme wirtschaftlich sein 16

17 Ausblick Neue Geschäftsmodelle für ähnliche Anwendungsfälle werden sich am Markt entwickeln, z.b. Eigenverbrauch, Netzdienstleistungen und Teilnahme am Ausgleichsenergiemarkt Die gesetzlichen Rahmenbedingungen müssen angepasst werden um Hindernisse zu reduzieren und die Wirtschaftlichkeit von Speichern zu fördern. Dies könnte weitere Förderprogramme ersetzen Zukünftige Beiträge: Analyse weiterer Technologien im Detail, z.b. Multifunktions-Speicher, PtH, Elektromobilität, Smart Energy Management 17

18 Basem Idlbi +49 (0) David Stakic Matthias Casel Dietmar Graeber Gerd Heilscher +49 (0) Technische Hochschule Ulm Institut für Energieund Antriebstechnik Smart Grids Forschungsgruppe Eberhard-Finckh-Straße Ulm Martin Fiedler Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm GmbH Personalfoto von Basem Idlbi Martin Ebert