Eigenheim, Mehrfamilienhaus, Ortsnetz Energiewende lokal?

Transkript

1 Eigenheim, Mehrfamilienhaus, Ortsnetz Energiewende lokal? Technische Universität München Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik Marcus Müller

2 Kurzvorstellung der Batterieforschung an der TUM Derzeit forschen 100+ KollegenInnen an Zellforschung / Materialforschung Batteriemanagement Modulbau, -konstruktion, -massproduction Energiemanagement Rackauslegung, Subsysteme Leistungselektronik System Netzforschung Mobilität Stromerzeugung Quelle: TUM

3 EEBatt Überblick Auftrag des Ministeriums: Erforschung und Beurteilung stationärer Batteriespeichersysteme, deren Komponenten, Eigenschaften, Wirtschaftlichkeit und Eignung zum Einsatz im Bayrischen, Deutschen Stromnetz. Es wurde/n..42 Doktoranden und Post-Docs ausgebildet..der Aufbau der Energiespeicherforschung an der TUM maßgeblich vorangetrieben..eine Li-Ion Forschungsproduktionslinie finanziert..ein Demonstrator mit 200 kwh aufgebaut und in Betrieb genommen..274 studentische Arbeiten betreut..113 wissenschaftliche Veröffentlichungen..begonnen wesentliche Fortschritte auf dem Gebiet der stationären Speicherung elektrischer Energie in Batteriespeichersystemen zu machen

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5 Status Quo in Bayern!

6 Lastflüsse bisher und in Zukunft 400 kv 110 kv 20/10 kv 0,4 kv Vom Haushalt in höhere Spannungsebenen

7 Mittelspannungsring Netzanalyse 2 Umspannwerke HS MS AP NS 550 MS NS Transformatoren Umspannwerke Altdorf & Stollnkirchen

8 Mittelspannungsring Netzanalyse Mehr als 30 MW PV in der Niederspannung Mehr als 38.2 MW Fluktuierende Erneuerbare

9 Netzrückwirkung

10 Lastdauerkennlinie des UW Stollnkirchen 2009 & 2014 UW Stollnkirchen % in der Rückspeisung!

11 Heimspeicher?

12 Speicher in DE Quelle: Speichermonitor RWTH Aachen, Jahresbericht 2015

13 Entwicklung Speicherpreise Quelle: Dirk Uwe Sauer, Vortrag, Berlin 2015/12

14 Battery Paritiy in Deutschland Quelle: Maik Naumann, TUM

15 Heimspeicher wirtschaftlich, oder doch nicht? Quelle: Ergebnisse, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von PV Heimspeichern, Naumann et. al.

16 Mehrfamilienhäuser?

17 Basisszenario Mehrfamilienhaus in Deutschland 15 kwp Photovoltaikanlage erzeugt ca kwh el 4 Mieter mit ca kwh el Jahresverbrauch Real gemessene Last- und Erzeugungsprofile Auflösung in 5-Minuten- Leistungswerten Quelle: Marcus Müller, Manuel Thielmann, unveröffentlichte Forschungsergebnisse Abb.: Simon Müller

18 Vorraussetzungen 20 Abs. 3 Nr. 2 EEG 2014 Veräußerung an Dritte Verbrauch in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Anlage Keine Durchleitung durch das Netz Quelle: Marcus Müller, Manuel Thielmann, unveröffentlichte Forschungsergebnisse Abb.: Simon Müller

19 Simulation der DVQ und AG Direktverbrauchsquote bis zu 80% Autarkiegrad bis zu 52% Quelle: Marcus Müller, Manuel Thielmann, unveröffentlichte Forschungsergebnisse

20 Auswahl der Speichergröße Shared Economy Corporate Citizenship Green Entrepreneurship Social Firm Social Company Quelle: Marcus Müller, Manuel Thielmann, unveröffentlichte Forschungsergebnisse

21 Simulation Speicher und PV Quelle: Marcus Müller, Manuel Thielmann, unveröffentlichte Forschungsergebnisse

22 Preis für Lokalstrom 19,65 6,17 13,48 Lokalstrom 21,54 2,05 2,39 6,64 6,17 4 Netzstrom Energiekosten EEG-Umlage Netzentgelte KWK-Umlage Konzessionsabgaben 19-Umlage 18-AbLaV-Umlage Offshore-Umlage Stromsteuer Quelle: Marcus Müller, Manuel Thielmann, unveröffentlichte Forschungsergebnisse

23 ohne mit delta EVQ % 42% +14% Auswertung Mieter profitieren finanziell von höherer Autarkie, sonst unwirtschaftlich. AUT % 86% +55% EVQ % 70% +21% AUT % 46% +14% ohne mit delta NPV > > IRR 17% 7% -10% Amort 6y 11y +5y Ersparnis Mieter ~

24 Ortsnetzspeicher?

25 LE LE Kühlung Gehäuse LE APM 1 Kühlung Gehäuse LE LE LE LE LE LE LE LE APM 1 Kühlung Gehäuse APM 1 APM 1 Kühlung Gehäuse APM 1 APM 1+2 APM 2 Kühlung Gehäuse APM 1 APM 2 APM 3 Kühlung Gehäuse Begriffsdefinition fragmentierter Speicher Single-Storage Single APM Multi-Storage Multi APM Single-Storage Multi Use Fragmented-Storage Multi APM PV Heimspeicher Schwärme / Virtuelle Kraftwerke Mehrfachnutzung gleicher Kapazität Flexible Nutzung getrennter Kapazität Flexible Kapazitätszuweisung Stufenweise Kapazitätszuweisung pro Zeitraum (Woche) EES EES EES EES EES EES Eine LE Verschiedene LE Größen

26 LE Grid Technischer Aufbau fragmentierter Speicher A B B B B B G C C C C C Rack EMS Rack EMS LE B C Rack EMS LE A A Rack EMS Rack EMS Rack EMS Netzentlastung & Eigenverbrauch 50 kwh Racks G A B N kwh Racks Regelleistung 100kWh Racks

27 Flexibilität durch wöchentliche Kapazitätszuweisung Kapazität 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 40% 40% 40% 40% 40% 40% 40% 40% 50% 50% 50% 60% 40% 40% 30% 20% 10% 20% 30% 10% 40% 30% 40% 20% 20% 30% 40% 50% 30% 40% 40% 30% 20% 20% 10% 10% Kalenderwoche APM APM APM ONS SRL IDM Ortsnetzspeicher Sekundärregelleistung Handel

28 Weitreichende Freiheitsgrade neuer Geschäftsmodelle Energiegenossenschaft Kauft 150 kwh Verleaset, -mietet diese Netzbetreiber Besitzt Speicher Anwohner Kauft 6 kwh Mietet im Sommer 4 kwh Anwohner Kauft 6 kwh Service Gesellschaft Betreibt Speicher

29 Ortsnetzspeicher

30 Applikationen Auswahl möglicher Applikationen für großformatige Speicher Autarkiegraderhöhung vor Ort - Maximierung von PV-Eigenverbrauch, Direktvermarktung, Netzrückkauf Vermeidung von Netzausbau - Entgelte für Netzentlastung Börslicher und bilateraler Stromgroßhandel - Terminmarkt & Spotmarkt (Intraday/Day-Ahead) Regelleistung - PRL, SRL, MRL Peak-Shaving bei Industrie und Gewerbe - Verringerung von Leistungspreisen Inselnetzbetrieb, Schwarzstartenergie, Besicherung

31 Applikationen Addition möglichster sinnvoller Applikationen um Wirtschaftlichkeit zu erhöhen Autarkiegraderhöhung vor Ort - Maximierung von PV-Eigenverbrauch, Direktvermarktung, Netzrückkauf Vermeidung von Netzausbau - Entgelte für Netzentlastung Börslicher und bilateraler Stromgroßhandel - Terminmarkt & Spotmarkt (Intraday/Day-Ahead) Regelleistung - PRL, SRL, MRL Peak-Shaving bei Industrie und Gewerbe - Verringerung von Leistungspreisen Inselnetzbetrieb, Schwarzstartenergie, Besicherung

32 Einsatz von Batteriespeichern in Ortsnetzen Storage Storage Transformator

33 Problematik der zukünftigen Erzeugungsstruktur S > S rt I > I th MS NS U > 110% U r Z L I II III V U/U r Last PV 110% 100% MS NS u=3% I II III V P(I th ) S rt

34 Entlastung von Transformatoren und Leitungen I II III IV V P S rt, P th

35 Spannungsreduktion im Netz I II III IV V U/U r 110 % u=3%

36 Erhöhung des Eigenverbrauchs Speicher bereits um 7:30 Uhr voll geladen Eckdaten: Speicherkapazität 150 kwh Speicherleistung 150 kw Entladetiefe 80 % PV-Leistung ca. 300 kw Verbraucheranzahl ca. 50 Regelung der Trafolast auf Null Erzeugungsspitzen werden nicht reduziert

37 Erhöhung des Eigenverbrauchs + Netzentlastung Laden mit konstanter Leistung Speicher nur kurzzeitig voll geladen Sonnenaufgang aus Daten der Referenzanlage P konst = W einspeicherbar Stunden bis Sonnenunt. 3 h An einspeiseschwachen Tagen (Prognose): Regelung der Trafolast immer auf Null (vgl. Erhöhung des Eigenverbrauchs ) Einspeicherung erst ca. 2 Std. Nach Sonnenaufgang Regelung der Trafolast auf gewünschten Maximalwert Regelung der Trafolast auf Null Zur Bedarfsdeckung

38 Erhöhung des Eigenverbrauchs + Netzentlastung + Sekundärregelleistung Laden mit konstanter Leistung Wochenend Betrieb Bereitstellung von SRL Bereitstellung von Energie als ONS Ladung mit höhrerer C-Rate Wochen Betrieb SCR Racks übernehmen ONS Einspeicherung erst ca. 2 Std. Nach Sonnenaufgang Entlastung des Transformators Entlastung des Transformators

39 Fragmentierter Ortsnetzspeicher Eigenverbrauchserhöhung Spannungsstützung mit Wirkleistung Spannungsstützung mit Blindleistung Regelung der Trafolast auf Null

40 Ergebnisse Zeitgleiche Erbringung von Netz- und Systemdienstleitung in der Niederspannungsebene. Entlastung der Ortsnetztransformators Erhöhung des Eigenverbrauches Bereitstellung von SCR Applikation Storage Utilization Ratio EVQ η 25 % Netz η 2 % EVQ + Netz η 31 % EVQ + Netz + SCR η 62 % ohne Mit Autarkie 34,5% 43% Trafolast 98,5% 58% Spannung 105% 102% SCR 0 kw 125 kw Grid SCR Profit Vermiedener Netzausbau Verminderter Strombezug Moosham /a MWh/a Reinbach /a MWh/a

41 Energiewende von unten! Energie lokal erzeugen, speichern und verbrauchen!