Der positive Beitrag dezentraler Batteriespeicher zu einer stabilen Stromversorgung Ergebnisse der Kurzstudie

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1 Der positive Beitrag dezentraler Batteriespeicher zu einer stabilen Stromversorgung Ergebnisse der Kurzstudie Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner, Fabian Eckert, Martin Thema, Franz Bauer, FENES, OTH Regensburg BEE e. V. / HMI Workshop Berlin 24. März 2015

2 OTH Regensburg seit 170 Jahren Lehrbetrieb Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Über Studierende Ca Professoren, Mitarbeiter, Lehrbeauftragte 6 Technische Fakultäten, BWL, Sozialwesen ca. 25 Mitarbeiter Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2

3 Strom ist speicherbar & wird zur Primärenergie! Buchvorstellung heute 19:30 h Urania e. V. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 3

4 FENES - Kurzstudie Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 4

5 Inhalt 1) Motivation und Problembeschreibung 2) Innovationen und Preisentwicklung der letzten 5 Jahre 3) Begrifflichkeiten Netzdienlich vs. Systemdienlich 4) Mögl. Beiträge dez. Batteriespeicher z. stabilen Stromversorgung 5) Notwendige Maßnahmen zur Erreichung der Systemdienlichkeit 6) Fazit Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 5

6 Das Speicherproblem ist technisch gelöst Speicherkapazitäten vs. Ausspeicherdauern Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 6

7 Speicher können Verteilnetzausbau vermeiden Warum ein netzdienlicher Einsatz so wichtig ist Investitionen [Mrd. ] ,9 22,0 22,2 22,7 23,8 27,4 27,5 29,8 30,9 37,0 Varianten teilweise für exempl. Netze oder geringere Netzmengen Keine Berücksichtigung von: externen Kosten Anpassung rechtlicher Rahmenbedingungen Veränderten OPEX und Abschreibedauern Quelle: Rehtanz, 2013, Ausbau- und Innovationsbedarf der elektrischen Verteilnetze 2030 Varianten für Szenario NEP B 2012 für NS-, MS- und HS-Ebene Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 7

8 Bilanzkreis Eigenheim Max. Eigenverbrauch Warum ein systemdienlicher Einsatz so wichtig ist Windflaute n Sonne scheint n Hausbesitzer lädt Speicher n mit allen Kosten n mit allen Verlusten n Windflaute n Solarstrom dringend benötigt n der geht aber in den Speicher à alte fossile Kraftwerke gehen ohne Notwendigkeit ans Netz Quelle: Stadler, 2012 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 8

9 Bilanzkreis Eigenheim Max. Eigenverbrauch Reine Optimierung des Eigenheims nicht systemdienlich Kräftige Brise n Nacht n Hausbesitzer leert Speicher n mit allen Kosten n mit allen Verlusten n Wind üppig vorhanden n Ausreichend für gesamtes Gebiet n Hausbesitzer zieht Strom aus Speicher à Wind wird abgeregelt ohne Notwendigkeit Quelle: Stadler, 2012 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 9

10 Betrieb dezentraler Batteriespeicher Unterschiedliche Anforderungen & Interessen Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 10

11 Betrieb dezentraler Batteriespeicher Unterschiedliche Anforderungen & Interessen Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 11

12 Betrieb dezentraler Batteriespeicher Unterschiedliche Anforderungen à Auflösung Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 12

13 Einleitung & Motivation n Energiespeicher à zentraler Baustein der Energiewende à marktreif n Dezentrale Batteriespeicher à großes Potenzial zur EE-Integration n Für Verteilnetzbetreiber interessante Alternative zum Netzausbau à juristischer Graubereich n Speicherbetrieb auf Haushaltsebene à PV Eigenverbrauch à abhängig von Standort, Auslegung und Fahrweise netzdienlich n Netzdienlicher Betrieb senkt Netzkosten, marktgetriebener Einsatz erhöht sie à Systemdienlicher Einsatz ergibt Synergien für beide Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 13

14 Inhalt Innovationen und Preisentwicklung der letzten 5 Jahre Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 14

15 Batteriekraftwerk zur Netzstabilisierung sinnvoll Speicherkraftwerk der Stadtwerke WEMAG & Younicos AG Quelle: Younicos AG Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 15

16 Batteriekraftwerk + Wind + PV ersetzen Kraftwerke WEMAG/Younicos in Schwerin, Mecklenburg-Vorpommern Quelle: Younicos AG Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 16

17 Hausbatteriesysteme: Anzahl steigt, Preise fallen Entwicklung der letzten 1,5 Jahre Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17

18 Hausbatteriesysteme: Im Verbund auch netzdienlich Beispiele aus Wildpoldsried (Allgäu) und Fischerdorf (Deggendorf) Sonnenbatterie eco 4.5 FENECON PRO Hybrid 9-10 mit 4,5 kwh mit 10 kwh Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI, Herstellerbilder Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18

19 Innovation und Preisentwicklung n Großes Interesse an Hausbatteriespeichern durch KfW-Förderung & rentablem Eigenverbrauch & ideologischem Beitrag zur Energiewende n Einsatz profitiert von steigender Preisdifferenz zwischen den Kosten von eigenem Solarstrom und dem Strombezugspreis n Hausbatteriespeicher bisher ohne Förderung unter den aktuellen Rahmenbedingungen nicht wirtschaftlich n Stark sinkende Batteriepreise à Wirtschaftlichkeit greifbar nahe n Batteriespeicher können einzeln oder im Verbund weitere Beiträge zur Systemstabilität leisten und dadurch ihre Wirtschaftlichkeit verbessern. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 19

20 Inhalt Begrifflichkeiten Netzdienlich vs. Systemdienlich Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 20

21 Netzverträglich à Netzdienlich à Systemdienlich n Netzvertra glich: Basis - Anforderungen der Netzbetreiber an Qualitaẗ, Zuverla ssigkeit und Sicherheit in ihren Netzen entsprechend n Netzdienlich = Netzverträglich + aktiver Beitrag zur Netzstabiliserung Erste Ansätze im KfW-Förderprogramm & FNN-Hinweis realisiert n Systemdienlich = Netzdienlich + Speicherbetrieb dient dem übergeordneten Ziel der Flexibilisierung des Energiesystems n Einsatz integriert bestmöglich fluktuierendes Dargebot& Bedarf n Einsatz minimiert Schwankungen der Residuallast à Einsatz dient sowohl Netzbetrieb als auch dem Eigenverbrauch Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 21

22 Inhalt Mögl. Beiträge dez. Batteriespeicher zur stabilen Stromversorgung Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 22

23 A. Maximierung des Eigenverbrauchs von Solarstrom 4 Ladevarianten Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 23

24 A. Maximierung des Eigenverbrauchs von Solarstrom à nicht netz- und systemdienlich Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 24

25 A. Maximierung des Eigenverbrauchs von Solarstrom à netzdienlicher Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 25

26 A. Maximierung des Eigenverbrauchs von Solarstrom à netzdienlich Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26

27 A. Maximierung des Eigenverbrauchs von Solarstrom à netz- und systemdienlich Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27

28 A. Maximierung des Eigenverbrauchs von Solarstrom n Vier Fahrweisen: Direktes Laden, verzögertes Laden, Peak-Shaving und prognosebasiertes Laden. n Das prognosebasierte Laden vereint die unterschiedlichen Fahrweisen und dient sowohl dem Eigenverbrauch als auch dem Netzbetrieb. Daher stellt es eine Basis für eine systemdienliche Fahrweise dar. n PV-Speichersysteme müssen in Zukunft über die bestehenden Richtlinien hinaus Kriterien zur Netz- und Systemverträglichkeit stärker adressieren: z. B. Einbezug von Wetter- und Lastprognosen, Berücksichtigung der Netzsituation und Optimierung des Gesamtsystems. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 28

29 B. Spannungshaltung und Spannungsqualität Worst-Case Beispiel: Volle PV-Einspeisung & kein Verbrauch Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 29

30 B. Spannungshaltung und Spannungsqualität n Großer Beitrag von Batteriespeichern zur Integration von EE möglich n Im Verbund Kurzschlussleistung bereitstellen und diese Aufgabe konventioneller Erzeuger übernehmen n Batteriespeicher in Zukunft einerseits starrer betreiben, um in Analogie die Funktion der Trägheit rotierenden Massen zu ersetzen; andererseits werden sie flexibler sein müssen, um schnellen Schwankungen und Gradienten entgegenzuwirken. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 30

31 C. Netzbetriebsführung (Gradientensteuerung, Netzengpassmanagement) n Bisher kaum ein Beitrag n Zukunft: Batteriespeicher verhindern an überlasteten Netzpunkten die Abregelung erneuerbarer Erzeuger und entschärfen kritische Netzsituationen entschärfen à Quartierspeichern prädestiniert. n Zusätzlich können Batteriespeicher durch Reduktion der maximalen Stromnachfrage sowie das Abfangen steiler Gradienten in der Residuallast netzentlastend wirken. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 31

32 D. Regel- und Reserveleistung n Batteriespeicher reagieren schneller als konventionelle Kraftwerke Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 32

33 D. Regel- und Reserveleistung n Neben Spannungshaltung erstes wichtiges Einsatzfeld zur Frequenzhaltung Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 33

34 D. Regel- und Reserveleistung n Batteriespeicher können im künftigen Stromsystem im Verbund Regelleistung bereitstellen, die bisher maßgeblich von konventionellen Kraftwerken erbracht wurde. n Erste zentrale Batteriespeichersystemekommen im Primärregelleistungsbereich bereits zum Einsatz, auch dezentrale Batteriespeicher sind im Verbund dazu ebenfalls in der Lage. n Die Erbringung von Regelleistung aus gepoolten, dezentralen Batteriespeichern ist heute bereits wirtschaftlich. Abrechnungsmechanismen sowie die Verteilung von Netz- und EEG- Umlagekosten sind noch offen. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 34

35 E. Versorgungssicherheit und wiederaufbau n Batteriespeicher sind schwarzstartfähig und können damit zum Versorgungswiederaufbau beitragen. n Das Verfahren zur Wiederzuschaltung nach Blackouts ist anzupassen, wenn in Zukunft kleinere dezentrale Einheiten teilnehmen sollen. n Mit (dezentralen) Batteriespeichern können auch Windparks, Gasturbinen und Blockheizkraftwerke zur Schwarzstartfähigkeit ertüchtigt werden. n Innerhalb gewisser Grenzen können Batteriespeicher die gesicherte Leistung fluktuierender Erzeuger erhöhen. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 35

36 F. Erzeugungsausgleich an Spotmärkten (Börse und OTC) n Einsatz von Batteriespeichern heute an den konventionellen Strommärkten (Spot- und Terminmärkte) noch nicht lohnend. n Energiespeicher im Weißbuch Ein Strommarkt für die Energiewende technologieneutral als Flexibilitätsoption aufnehmen, die einen Beitrag zur gesicherten Leistung und der Gradientensteuerung erbringen. Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 36

37 Inhalt Notwendige Maßnahmen zur Erreichung der Systemdienlichkeit Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 37

38 Notwendige Maßnahmen für mehr Systemdienlichkeit FNN & KfW Kriterien 1. sinnvoller Schritt à weitere notwendig Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 38

39 Notwendige Maßnahmen für mehr Systemdienlichkeit FNN & KfW Kriterien 1. sinnvoller Schritt à weitere notwendig Quelle: Sterner et al, Batteriestudie für BEE / HMI Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 39

40 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Martin Thema, Fabian Eckert, Franz Bauer Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) michael.sterner a oth-regensburg.de Vielen Dank Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 40