Merit Order Stromerzeugung und nutzung

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1 FfE-Fachtagung 2015 Merit Order für ein zukunftsfähiges Energiesystem Merit Order Stromerzeugung und nutzung Dr. Jens Kanacher RWE Group Business Services GmbH München, 30. April 2015

2 Agenda Merit Order der Stromerzeugung Entstehung von Überschussstrom Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung Fazit Seite 2

3 Der Einsatz von Kraftwerken erfolgt nach den kurzfristig variablen Erzeugungskosten man spricht von Merit Order 1 Merit Oder Stromerzeugung ohne Wind und PV: schematisch Kosten/Preis /MWh 2 Nachfrage Marktpreis Marge must-run 3 Braunkohle Steinkohle Gas Öl Last / Erzeugung Leistung MW Der Marktpreis wird i.d.r. durch die kurzfristig variablen Kosten des preissetzenden Kraftwerks bestimmt. Wesentliche kurzfristig variable Kosten sind Brennstoffkosten und CO 2 -Kosten. 1 Merit = Wert, Order = Reihenfolge; 2 MWh = Megawattstunde; 3 must-run enthält verschiedenartige Erzeugung (z.b. Laufwasser) Seite 3

4 Wind und PV verschieben die Merit Order Marktpreis und Auslastung konventioneller Kraftwerke sinken Merit Oder der Stromerzeugung inkl. Wind + PV Kosten/Preis /MWh 2 Nachfrage vorher Marktpreis nachher Preisrückgang Mengenrückgang 1 Wind / PV Must-run must-run Braunkohle Steinkohle Steinkohle Gas Öl Gas Öl Residuallast Leistung MW Residuallast ist der Anteil der Strom-Nachfrage, der von steuerbaren Erzeugungsanlagen zu decken ist 1 Mengenrückgang in der Erzeugung der konventionellen Kraftwerke Seite 4

5 Die Einsatzreihenfolge kann sich mit ändernden Commodity-Preisen verschieben Beispiel: Schwellenwerte für sog. Fuel Switch zwischen alten SK- und neuen Gasanlagen Gaspreis / MWh th Variable Kosten Gas größer als variable Kosten Kohle 2007 (CO 2 : 0,7 /t) 2009 (CO 2 : 13,4 /t) (CO 2 : 14,5 /t) Variable Kosten Gas kleiner als variable Kosten Kohle 2008 (CO 2 : 22,3 /t) Kohlepreis 1 / t SKE Quelle: eigene Analysen 1 Kohlepreise inkl. Transport Seite 5

6 Maßgeblich für die Zusammensetzung des Erzeugungsportfolios sind die relevanten Gesamtkosten Kosten Erlöse Mindesterlösniveau für Anlagenbau (wenn auf Jahre absehbar wirtschaftlich) Sonstiges Regelenergie Wholesale Weiterbetrieb (wenn auf 3-6 Jahre absehbar wirtschaftich) Anlageneinsatz Var. Kosten Betriebs- Kosten Neubau- Kosten Vollkosten Erlöse Kraftwerksbetreiber unternehmen größte Anstrengungen, um alle beeinflussbaren Faktoren zu optimieren Seite 6

7 Weitere Bausteine für die zukünftige Merit Order Erzeugung werden zunehmend genutzt Speicher Lastverschiebung (Demand-Side- Management) Beispiele > Pumpspeicher > Druckluftspeicher > Batterien > Verschiebbarer Stromverbrauch in Industrie und Haushalt, z.b.: > Heizung/Kühlung (Nutzung thermischer Speicher) > Waschmaschine, Trockner, etc. (Verhaltensänderung Verbraucher) > Abschaltbare Lasten (Aluminiumschmelze, etc.) Kommentar Wirtschaftlichkeit von Speichern im aktuellen Umfeld eher abnehmend (Ausn.: Kellerbatterie ) Potential für Lastverschiebungen vorhanden, jedoch viele Limitierungen und Hürden bei der Erschließung Dezentrale Erzeugung > Dezentrale BHKWs > Notstromaggregate > Zuk. ggf. auch: BZ-Fahrzeuge etc. IKT ermöglicht Bündelung und Steuerung als virtuelle Kraftwerke Seite 7

8 Agenda Merit Order der Stromerzeugung Entstehung von Überschussstrom Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung Fazit Seite 8

9 Negative Residuallast Positive Residuallast Potenzielle Stromüberschüsse entstehen in Situationen negativer Residuallast exemplarisch Residuallastsituationen Geordnete Residuallast in GW /MWh Nachfrage 80 GW Wind/PV /MWh mustrun Nachfrage Braunkohle Steinkohle Gas Öl Positive Residuallast MW 20 0 Stunden Potenzieller Überschuss: Wenn keine Verwendung, dann Abregelung Wind / PV mustrun Negative Residuallast (pot. Überschuss) Braunkohle Steinkohle Gas Öl MW Annahme: Zielszenario des BMWi Quelle: BMWi Zielszenarien, eigene Analysen 1 Ohne Außenhandel, ohne Speicher Seite 9

10 Auf nationaler Ebene wird Überschussstrom voraussichtlich erst langfristig ein wesentliches Thema Zielszenario des BMWi Zielszenario des BMWi Geordnete Residuallast in GW Geordnete Residuallast in GW Export-Kuppelkapazität 2-20 Export- Kuppelkapazität Überschussstrom ohne Export: 16 TWh (3%) mit Export: 2,5 TWh (0,5%) Überschussstrom ohne Export: 59 TWh (12%) mit Export: 22 TWh (5%) Quelle: BMWi Zielszenarien, eigene Analysen 1 Ohne Außenhandel, ohne Speicher 2 Heute rd. 18 GW Kuppelstellen Seite 10

11 kw Regional und lokal ist Überschussstrom bereits heute relevant Regional Von Abregelung betroffene Netzgebiete: Schleswig Holstein 2011 Lokal (bei Prosumer) Überschusssituation bei Haushalt mit PV: Überschuss Hohe Wind- und PV-Kapazitäten Hohe Wind- und PV-Kapazitäten Haushaltsstromverbrauch Hohe Windkapazitäten PV Stromerzeugung Tageszeit Engpässe in Netzkapazität führen zu Abregelung, wenn Strom nicht aus einer Region hinausgeführt werden kann (analog zu national) Aufgrund der steigenden Strompreise und abnehmenden Einspeisevergütung entstehen Anreize zur Erhöhung des Eigenverbrauchs (ohne/mit Speicher) Seite 11

12 RWE ist mit einer breiten Produktpalette auf dem Heimspeichermarkt präsent Beispiel Batteriespeicher Produktportfolio RWE HomePowerStorage Beschreibung Produkt Storage Basic Storage Eco Storage Compact Storage Vario > Seit Mai 2013 bietet die RWE Effizienz erfolgreich Heimspeicher für Privatkunden sowie für kleine und mittelständische Unternehmen an > Derzeit werden Blei-Säure und Li-Ion-Technologien vertrieben > Verbunden über Wechselstromnetz > Integrierbar ins RWE SmartHome System Typ Blei-Säure Li-Ion Li-Ion Li-Ion Kapazität (kwh) 4,9 14,8 4,5 13,5 4,6 60,0 4,6 10,1 Laufzeit (Zyklus) DoD DoD DoD DoD Verkaufs preis (EUR) to to to to Seite 12

13 Agenda Merit Order der Stromerzeugung Entstehung von Überschussstrom Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung Fazit Seite 13

14 Gibt es auch eine Merit Order der Nutzung von Strom? Zusätzliche Nachfrage für Strommengen zu bestimmten Preisen bildet eine Merit Order Stromnutzung Strom-Angebot: Merit Order Stromerzeugung Strom-Nachfrage: Merit Order Stromnutzung normale Nachfrage flexible zusätzliche Nachfrage Leistung Leistung Bisher: Preise iw durch schwankende Nachfrage bei gegebener Merit Order bestimmt geringe Preiselastizität der Nachfrage Dämpfende Rückkopplung bei Nachfrage-/Preisänderungen Strom-Markt gleicht Angebot und die veränderte Nachfrage aus Leistung Heute/zukünftig: Preise immer stärker durch volatile EE bestimmt Zunehmende Zeiten mit sehr niedrigen/negativen Preisen Neue Anwendungen und IKT ermöglichen höhere Preiselastizität Seite 14

15 Bausteine einer Merit Order (Überschuss-) Stromnutzung Optionen zum Umgang mit Überschussstrom (pot.) Überschuss-Strom Verwenden Verwerfen Direkt Später Bestehende Nachfrage decken Neue Nachfrage schaffen Mehr von vorhandenen Anwendungen Neue Anwendungen (Power-to-X) Netzausbau Wärmepumpen, etc. Elektrolyse, E-mobility, etc. Speicher Abregeln Seite 15

16 In Ibbenbüren testet RWE eine Anlage zur Wasserstofferzeugung per Elektrolyse Beispiel Power to Gas Container mit Elektrolyse-Einheit (Länge 6 m) > Elektrolyseur mit innovativer PEM (Proton Exchange Membrane)- Technologie > Elektrische Nennleistung 150 kw > Erzeugung von ca. 30 m³ N /h Wasserstoff bei 14 bar(g) Einbringung in regionales Erdgastransportnetz der RWE Deutschland AG > Erzeugung von ca. 15 m³ N /h Sauerstoff Abgabe in Atmosphäre > Betrieb des Elektrolyseurs ausschließlich mit grünem Strom Seite 16

17 Eine klare Merit Order für die Überschussstrom -Nutzung gibt es nicht, da der Einsatz nur zt vom Strompreis abhängt Beispiele Flexibilität Zahlungsbereitschaft Zus. Nachfrage durch Netzausbau Wärmepumpe (Power-to-Heat) Elektro-Heizstab E-Mobility Elektrolyse (Power-to-H2,x) (Ein-)speicherung Entfernte Nachfrage nötig Begrenzte zeitliche Verlagerung Hoch, wenn Zusatzheizung Begrenzte zeitliche Verlagerung Hoch Begrenzte zeitliche Verlagerung Je nach Art der entfernten Nachfrage Hoch, wenn Heizbedarf Abh. von Heizbedarf und altern. Heizsystem Hoch, wenn Ladebedarf Abh. von Wirtschaftlichkeit des Produkts Abh. von diversen Faktoren Abregelung Hoch Keine Legende: - hoch - mittel / uneinheitlich - niedrig Preisabhängigkeit Seite 17

18 Ökonomischer Nutzen [ /kw/a] Ökonomischer Nutzen [ /kw/a] Aufgrund der Vielzahl von Einflussfaktoren ist die Vorteilhaftigkeit von Maßnahmen situationsabhängig Beispielhafter Vergleich der Wirtschaftlichkeit: E-Mobility und Wärmepumpe Situation 1: Gaspreis 8 ct/kwh; Strompreis 30 ct/kwh; Renditeerwartung 4% Wärme: Zusatzkosten (WP ggü Gastherme) 1000 ; Lebensdauer WP 20a; Zusatz-Opex WP 0 /a; Leistung 4 kw; JAZ 3,5; Wärmebedarf kwh/a; Effizienz Gastherme 95% Mobilität: Zusatzkosten (EV ggü Gasfzg.) 5000 ; Lebensdauer EV 10 a; Zusatz-Opex EV 0 /a; Ladeleistung 10 kw; Verbrauch 20 kwh/100km; Laufleistung 15 tkm; Verbrauch Gasfzg 50 kwh/100km Situation 2: Gaspreis 4 ct/kwh; Strompreis 15 ct/kwh; Renditeerwartung 6% Wärme: Zusatzkosten (WP ggü Gastherme) 7000 ; Lebensdauer WP 15a; Zusatz-Opex WP 700 /a; Leistung 2 kw; JAZ 3; Wärmebedarf kwh/a; Effizienz Gastherme 95% Mobilität: Zusatzkosten (EV ggü Gasfzg.) 1500 ; Lebensdauer EV 15 a; Zusatz-Opex EV 150 /a; Ladeleistung 15 kw; Verbrauch 15 kwh/100km; Laufleistung 30 tkm; Verbrauch Gasfzg 65 kwh/100km Vergleich Wirtschaftlichkeit # Stunden ÜSS Wärmepumpe (WP) Elektrovehikel (EV) Vergleich Wirtschaftlichkeit # Stunden ÜSS Wärmepumpe (WP) Elektrovehikel (EV) Seite 18

19 In der Regel ist der Netzausbau wirtschaftlicher als die Speicherung - es gibt aber auch hier Ausnahmen RWE Projekt für 1 MWh-Speicher in Wettringen Motivation > In der Nähe von Wettringen (100 km nördlich von Essen) wird das 10kV-Netz wegen der starken Einspeisung von erneuerbarer Energie während sonniger Tage über die Auslegungsgrenze hinaus beansprucht > Diese spezifische Netzüberlastung wird in einigen Jahren auf Grund des bis dahin erfolgten Netzausbaus auf 110kV-Ebene beseitigt sein > Diese vorübergehende Netzüberlastung kann kostengünstig mit einem Energiespeicher gelöst werden, da der Energiespeicher im Anschluss wiederverwendet werden kann, während die herkömmliche Alternative - ein neuer Netzzweig überflüssig werden würde P [kw] Belastbarkeitsgrenze Speicher Last mit Speicher Last ohne Speicher 0 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 time Technische Parameter > Kapazität > Leistung 1000 kwh 250 kw Seite 19

20 Agenda Merit Order der Stromerzeugung Entstehung von Überschussstrom Merit Order der (Überschuss-)Stromnutzung Fazit Seite 20

21 Fazit Merit Order Stromerzeugung Einsatz von Stromerzeugern > Die Einsatzreihenfolge (Merit Order) eines bestehenden Erzeugungsportfolios variiert vor allem mit den Brennstoff-, CO 2 - und weiteren variablen Kosten > Der Einsatz von konventionellen Kraftwerken hat sich durch den Ausbau von Windkraft und PV (minimale variable Kosten) drastisch verändert. > Die Steuerung von bestehenden Erzeugungsanlagen auf Basis variabler Kosten erscheint auch zukünftig geeignet, einen effizienten Anlageneinsatz sicherzustellen Zusammensetzung des Erzeugungsportfolios > Für den wirtschaftlichen (Weiter-) Betrieb und Bau von Kraftwerken, müssen nicht nur die variablen Kosten, sondern die relevanten Gesamtkosten gedeckt werden. > Es wird aktuell diskutiert, wie die wirtschaftliche Attraktivität der zukünftig erforderlichen Erzeugungskapazitäten sichergestellt werden kann. Seite 21

22 Fazit Merit Order (Überschuss-)stromnutzung Einsatz von Stromverbrauchern > Eine eindeutige Merit Order wie bei der Stromerzeugung ergibt sich bei der (Überschuss-)stromnutzung nicht, da idr andere Faktoren als der Strompreis für den Einsatz bedeutsam sind. > Zunehmende Zeiten mit minimalen/negativen Strompreisen und die Möglichkeiten der IKT werden jedoch voraussichtlich zu einer erhöhten Preiselastizität der Nachfrage führen. Zusammensetzung des Verbraucherportfolios > Die Ausbau der verschiedenen Optionen für zusätzliche Stromnutzung (inkl. Speicherung, Abregelung) ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. > Es gibt auch eine Reihe von Pfadabhängigkeiten. Beispiel: Starker Netzausbau heute weniger Speicher in Zukunft nötig Starker Speicherausbau heute weniger Netz in Zukunft nötig > Entscheidend werden, wie bei der Stromerzeugung, gesellschaftliche Präferenzen sein, die sich über die politische Willensbildung in regulatorisch/ wirtschaftliche Anreize übersetzen. Seite 22