100 Prozent Erneuerbare Energien nur mit Energiespeichern möglich - Grundsatzfragen

Transkript

1 100 Prozent Erneuerbare Energien nur mit Energiespeichern möglich - Grundsatzfragen Batterien als Kurzzeitspeicher EE-Methanol als Langzeitspeicher Finanzierung durch CO2-Steuer Solarenergie-Förderverein Deutschland e.v. (SFV) Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck (Geschäftsführer SFV) 1

2 Ausgleich der Fluktuationen von Wind und Sonne 2

3 Ausgleich der Fluktuationen von Wind und Sonne Sind Stromnetze billiger als Speicher? 3

4 4

5 Stromnetze verschieben den Verbrauch örtlich 5

6 Stromnetze verschieben den Verbrauch örtlich Stromspeicher verschieben den Verbrauch zeitlich 6

7 Stromnetze verschieben den Verbrauch örtlich Stromspeicher verschieben den Verbrauch zeitlich 7

8 Ein Stromnetz kann nur dann die ununterbrochene Stromversorgung sichern, wenn ununterbrochen Strom eingespeist wird 8

9 CO2-Schleudern wollen wir aber nicht Ein Stromnetz kann nur dann die ununterbrochene Stromversorgung sichern, wenn ununterbrochen Strom eingespeist wird 9

10 Offshore oder onshore Ein Stromnetz kann nur dann die ununterbrochene Stromversorgung sichern, wenn ununterbrochen Strom eingespeist wird Windparks oder Solaranlagen können nicht ununterbrochen Strom einspeisen. Dann fehlen Stromspeicher 10

11 11

12 Einwand: Irgendwo in Europa weht doch immer der Wind. Das Stromnetz von Portugal bis Polen, von Niederlande bis Griechenland muss nur weiter ausgebaut werden, dann ist eine ununterbrochene Windstromversorgung für ganz Europa möglich. - Das SUPERGRID als Ersatz für Speicher 12

13 Einwand: Irgendwo in Europa weht doch immer der Wind. Das Stromnetz von Portugal bis Polen, von Niederlande bis Griechenland muss nur weiter ausgebaut werden, dann ist eine ununterbrochene Windstromversorgung für ganz Europa möglich. - Das SUPERGRID als Ersatz für Speicher Gedankenfehler Nr. 1: Wenn z.b. in Portugal ausreichend Wind weht, im übrigen Europa aber nicht, können Portugals Windräder unmöglich ganz Europa mit genügend Strom versorgen, weil ihre Gesamtzahl und -leistung nicht im Entferntesten ausreicht. 13

14 Einwand: Irgendwo in Europa weht doch immer der Wind. Das Stromnetz von Portugal bis Polen, von Niederlande bis Griechenland muss nur weiter ausgebaut werden, dann ist eine ununterbrochene Windstromversorgung für ganz Europa möglich. - Das SUPERGRID als Ersatz für Speicher Gedankenfehler Nr. 1: Wenn z.b. in Portugal ausreichend Wind weht, im übrigen Europa aber nicht, können Portugals Windräder unmöglich ganz Europa mit genügend Strom versorgen, weil ihre Gesamtzahl und -leistung nicht im Entferntesten ausreicht. Auch die Windräder jedes anderen Landes sind dazu nicht in der Lage. 14

15 Einwand: Irgendwo in Europa weht doch immer der Wind. Das Stromnetz von Portugal bis Polen, von Niederlande bis Griechenland muss nur weiter ausgebaut werden, dann ist eine ununterbrochene Windstromversorgung für ganz Europa möglich. - Das SUPERGRID als Ersatz für Speicher Gedankenfehler Nr. 1: Wenn z.b. in Portugal ausreichend Wind weht, im übrigen Europa aber nicht, können Portugals Windräder unmöglich ganz Europa mit genügend Strom versorgen, weil ihre Gesamtzahl und -leistung nicht im Entferntesten ausreicht. Auch die Windräder jedes anderen Landes sind dazu nicht in der Lage. -Schwachwind, der keine Windanlage mehr drehen kann, gibt es manchmal in ganz Europa. 15

16 Einwand: Irgendwo in Europa weht doch immer der Wind. Das Stromnetz von Portugal bis Polen, von Niederlande bis Griechenland muss nur weiter ausgebaut werden, dann ist eine ununterbrochene Windstromversorgung für ganz Europa möglich. - Das SUPERGRID als Ersatz für Speicher Gedankenfehler Nr. 1: Wenn z.b. in Portugal ausreichend Wind weht, im übrigen Europa aber nicht, können Portugals Windräder unmöglich ganz Europa mit genügend Strom versorgen, weil ihre Gesamtzahl und -leistung nicht ausreicht. Auch die Windräder jedes anderen Landes sind dazu nicht in der Lage. -Schwachwind, der keine Windanlage mehr drehen kann, gibt es manchmal in ganz Europa. Damit ist klargestellt, dass auch ein Supergrid nicht ohne Speicher auskäme. 16

17 100 Prozent Erneuerbare Energien Welche Speicherleistung brauchen wir dann? 17

18 Welche Speicherleistung brauchen Deutschlands Stromverbraucher? Deutschlands Stromverbraucher fragen nicht, sondern sie schalten ihre Geräte ein, dann wenn sie sie brauchen - Küchenherd Backofen 2 kw - Schnellkochplatte 1 kw - Staubsauger 0,3 kw - Schlagbohrer 0,5 kw - Fernseher 0,5 kw - Straßenbahn 200 kw - ICE-Lokomotive 1000 kw - Kühlhaus 100 kw - usw Gesamt 40 bis 100 GW

19 Welche Speicherleistung brauchen Deutschlands Stromverbraucher? Deutschlands Stromverbraucher fragen nicht, sondern sie schalten ihre Geräte ein, dann wenn sie sie brauchen - Küchenherd Backofen 2 kw - Schnellkochplatte 1 kw - Staubsauger 0,3 kw - Schlagbohrer 0,5 kw - Fernseher 0,5 kw - Straßenbahn 200 kw - ICE-Lokomotive 1000 kw - Kühlhaus 100 kw - usw Gesamt 40 bis 100 GW Diese Leistung müssen die Speicher bereitstellen, wenn keine Sonne scheint und kein Wind weht.

20 Neben der benötigten Speicherleistung ist auch die benötigte Speicherkapazität von großem Interesse Speicherkapazität wird gemessen in kwh ( Kilowattstunde ) Maß für die gespeicherte Energiemenge Beispiel Auto: Das Fassungsvermögen des Tanks entspricht der Speicherkapazität und gibt an, wie weit das Auto kommt. 20

21 Welche Speicherkapazität ist erforderlich? Die benötigte Strommenge muss beim Ausfall von Solar- und Windangebot fast alleine durch Stromspeicher bereitgestellt werden Wasserkraft, Geothermie und Biomasse bringen insgesamt nur einen kleinen Anteil sowohl der benötigten Leistung als auch der benötigten Menge 21

22 Welche Speicherkapazität ist erforderlich? Die Frage ist, für welche Zeitspanne wir einen Ausfall von Wind- u. Solarleistung annehmen. (Auch Teilausfälle können unangenehm werden) Hier sind wir auf grobe Schätzungen angewiesen. Als verantwortungsbewusste Planer müssen wir uns auf extreme Fälle einrichten. Wir gehen von 6 Wochen ohne Wind und Sonne aus. 22

23 Sechs Wochen ohne Wind und Sonne! Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 23

24 Sechs Wochen ohne Wind und Sonne! Sind Pumpspeicherkraftwerke als Langzeitspeicher geeignet? Pump-Turbine Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 24

25 Sechs Wochen ohne Wind und Sonne! Pump-Turbine Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 25

26 Sechs Wochen ohne Wind und Sonne! Pump-Turbine Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 26

27 Sechs Wochen ohne Wind und Sonne! Pumpspeicherkraftwerk kann Energie länger als 6 Wochen speichern. Pump-Turbine Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 27

28 Sechs Wochen ohne Wind und Sonne! Pumpspeicherkraftwerk kann Energie länger als 6 Wochen speichern. Aber kann diese Technik die notwendige Menge an Energie speichern? Reicht die Kapazität? Pump-Turbine Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 28

29 Wie lange würde der Strom aus allen deutschen Pumpspeicherkraftwerken (PSK) reichen, wenn die Stromerzeugung ausfällt? Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 29

30 Wie lange würde der Strom aus allen deutschen Pumpspeicherkraftwerken (PSK) reichen, wenn die Stromerzeugung ausfällt? Knapp eine Stunde! Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 30

31 Wie lange würde der Strom aus allen deutschen Pumpspeicherkraftwerken (PSK) reichen, wenn die Stromerzeugung ausfällt? Knapp eine Stunde! Wieviele PSK brauchen wir somit? Grobabschätzung Der Speicherstrom soll für 6 Wochen reichen, das sind 1008 Stunden, also 1008 mal mehr als derzeit. Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 31

32 Wie lange würde der Strom aus allen deutschen Pumpspeicherkraftwerken (PSK) reichen, wenn die Stromerzeugung ausfällt? Knapp eine Stunde! Wieviele PSK brauchen wir somit? Grobabschätzung Der Speicherstrom soll für 6 Wochen reichen, das sind 1008 Stunden, also 1008 mal mehr als derzeit. Bisher gibt es 30 PSK in Deutschland. 30 PSK x 1008 = PSK Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 32

33 Wie lange würde der Strom aus allen deutschen Pumpspeicherkraftwerken (PSK) reichen, wenn die Stromerzeugung ausfällt? Knapp eine Stunde! Wieviele PSK brauchen wir somit? Grobabschätzung Der Speicherstrom soll für 6 Wochen reichen, das sind 1008 Stunden, also 1008 mal mehr als derzeit. Bisher gibt es 30 PSK in Deutschland. 30 PSK x 1008 = PSK Also Neubau von 30-tausend PSK? Wo denn? Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 33

34 Wie lange würde der Strom aus allen deutschen Pumpspeicherkraftwerken (PSK) reichen, wenn die Stromerzeugung ausfällt? Knapp eine Stunde! Wieviele PSK brauchen wir somit? Grobabschätzung Der Speicherstrom soll für 6 Wochen reichen, das sind 1008 Stunden, also 1008 mal mehr als derzeit. Bisher gibt es 30 PSK in Deutschland. 30 PSK x 1008 = PSK Also Neubau von 30-tausend PSK? Wo denn? Pumpspeichertechnik hat nicht das erforderliche Potential Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 34

35 Größenvergleich Das Problem der Langzeitspeicher ist ihr Platzbedarf Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. 2 Starter- Bleibatterien 35

36 Größenvergleich Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. 2 Starter- Bleibatterien 36

37 Größenvergleich Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. 2 Starter- Bleibatterien Lithium- Ionen Batterien 37

38 Größenvergleich Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. 2 Starter- Bleibatterien Lithium- Ionen Batterien Methanol 200 ml 38

39 Oberbecken Pumpspeicherkraftwerk Größenvergleich Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. 2 Starter- Bleibatterien 4 Kubikmeter Wasser im Pumpspeicherkraftwerk Lithium- Ionen Batterien 4 Kubikmeter Wasser Im Unterbecken Methanol 200 ml 39

40 Oberbecken Pumpspeicherkraftwerk Größenvergleich Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. und einen Berg mit Oberbecken 2 Starter- Bleibatterien 4 Kubikmeter Wasser im Pumpspeicherkraftwerk Lithium- Ionen Batterien 4 Kubikmeter Wasser Im Unterbecken Methanol 200 ml 40

41 Oberbecken Pumpspeicherkraftwerk Größenvergleich Um 1 kwh zu speichern, braucht man z.b. 4 Kubikmeter Wasser Im Unterbecken und einen Berg mit Oberbecken und ein Unterbecken mit genügend Wasserinhalt 2 Starter- Bleibatterien 4 Kubikmeter Wasser im Pumpspeicherkraftwerk Lithium- Ionen Batterien Methanol 200 ml 41

42 Strategische Reserve: Gesucht: Langzeitspeicher mit geringem Volumen (hohe Speicherdichte) Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 42

43 Strategische Reserve: Gesucht: Langzeitspeicher mit geringem Volumen (hohe Speicherdichte) Lösungsansatz: Aufteilung in strategische Energie-Reserve Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 43

44 Strategische Reserve: Gesucht: Langzeitspeicher mit geringem Volumen (hohe Speicherdichte) Lösungsansatz: Aufteilung in strategische Energie-Reserve und strategische Kraftwerks-Reserve Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 44

45 Strategische Energie-Reserve: Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 45

46 Strategische Energie-Reserve: Zentrale Lösung EE-Methan (Power to Gas) Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 46

47 Strategische Energie-Reserve: Zentrale Lösung EE-Methan (Power to Gas) Erzeugung von Methan aus CO2 und Wasser mit Hilfe von Überschüssen aus Sonne und Wind Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 47

48 Strategische Energie-Reserve: Zentrale Lösung EE-Methan (Power to Gas) Erzeugung von Methan aus CO2 und Wasser mit Hilfe von Überschüssen aus Sonne und Wind Keine politische Abhängigkeit vom Putin-Gas! Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 48

49 Strategische Energie-Reserve: Zentrale Lösung EE-Methan (Power to Gas) Dezentrale Lösung EE-Methanol (Power to Liquid) Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 49

50 Strategische Energie-Reserve: Zentrale Lösung EE-Methan (Power to Gas) Dezentrale Lösung EE-Methanol (Power to Liquid) Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne 50

51 Methanol-Molekül enthält nur wenig Kohlenstoff daher wenig CO2-Ausstoß bei der Verbrennung H H C H OH Summenformel: CH4O 51

52 CO2 wird der Atmosphäre entnommen CH3OH 52

53 CH3OH 53

54 CH3OH Summenformel: CH4O 54

55 55

56 56

57 Keine Grundwassergefährdung 57

58 Klimabelastung Sauerstoff CO2 Wenn Solar- und Windstrom fehlt, wird aus dem gespeicherten Methanol Strom erzeugt 58

59 Klimabelastung Sauerstoff CO2 Klimabelastung lässt sich zeitlich verkürzen, wenn das Heizöl nach Gebrauch möglichst rasch wieder aufgefüllt wird 59

60 Klimabelastung Sauerstoff CO2 Klimabelastung lässt sich zeitlich verkürzen, wenn das Heizöl nach Gebrauch möglichst rasch wieder aufgefüllt wird Erläuterung: CO2 In der Atmosphäre macht die Erde von Tag zu Tag wärmer. CH4O im Heizöltank dagegen leistet keinen Beitrag zur Erderwärmung Je länger die Sonne scheint und/oder der Wind weht, desto geringer wird die Klimabelastung. Denn der Kohlenstoff des CO2 wird in den Heizöltanks gebunden. gehalten 60

61 Strategische Reserve: EE-Methanol EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

62 Strategische Reserve: EE-Methanol EE-Methan EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

63 Strategische Reserve: EE-Methanol EE-Methan EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Anmerkung: Methan ist etwa 25 mal klimawirksamer als CO2. deswegen im Zweifelsfall lieber Methanol wählen EE-Methan im Gasnetz Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

64 Strategische Reserve: EE-Methanol EE-Methan EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

65 Strategische Reserve: EE-Methanol EE-Methan EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

66 EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

67 Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

68 Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Grundlastkraftwerke stilllegen Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

69 Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Grundlastkraftwerke stilllegen Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

70 Start Pufferspeicher für PV-Anlagen PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Grundlastkraftwerke stilllegen Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für 6 Wochen ohne Wind und Sonne

71 Nun zur Notwendigkeit von Kurzzeitspeichern 71

72 Leistung 40 GW Lastkurve Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 72

73 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 73

74 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 74

75 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 75

76 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 76

77 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 77

78 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 78

79 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 79

80 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 80

81 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 81

82 Leistung 40 GW Lastkurve Vergangenheit: Deckung der Residuallast war kein Problem. Solarenergie verringerte den Regelbedarf konventioneller Kraftwerke Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 82

83 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 83

84 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 84

85 Leistung Welche Kraftwerke decken die Residuallast* Grundlastkraftwerke Mittellastkraftwerke Spitzenlastkraftwerke *) Reihenfolge aus didaktischen Gründen vertauscht 85

86 Leistung Deckung der Residuallast im Sommer *) Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Grundlastkraftwerke ca. 70 % ihrer Leistung ist nicht abregelbare Mindestleistung Abregelbare Kraftwerksleistung Mittellastkraftwerke abregelbar Spitzenlastkraftwerke *) Im Winter ist Zahl der Grundlastkraftwerke gleich. Aber erheblich mehr Mittel- und Spitzenlastkraftwerke sind im Einsatz. 86

87 Leistung Deckung der Residuallast im Sommer *) Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Grundlastkraftwerke ca. 70 % ihrer Leistung ist nicht abregelbare Mindestleistung Abregelbare Kraftwerksleistung Mittellastkraftwerke Spitzenlastkraftwerke *) Im Winter ist Zahl der Grundlastkraftwerke gleich. Aber erheblich mehr Mittel- und Spitzenlastkraftwerke sind im Einsatz. 87

88 Sommer-Lastkurve Deutschlands Lastkurve Ca. 50 GW Uhrzeit 88

89 Lastkurve Ca. 50 GW Mindestleistung Nicht weiter abregelbar Uhrzeit 89

90 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Mindestleistung Nicht weiter abregelbar Uhrzeit 90

91 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Mindestleistung Nicht weiter abregelbar Uhrzeit 91

92 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Mindestleistung Nicht weiter abregelbar Uhrzeit 92

93 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Mindestleistung Nicht weiter abregelbar Solar Uhrzeit 93

94 Sommer-Lastkurve Deutschlands Lastkurve Ca. 50 GW Solarstrom im Niederspannungsnetz wird abgeregelt Uhrzeit 94

95 Sommer-Lastkurve Deutschlands Lastkurve Ca. 50 GW Solarstrom im Niederspannungsnetz wird abgeregelt Uhrzeit 95

96 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Solarstrom im Niederspannungsnetz wird abgeregelt Uhrzeit 96

97 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Solarstrom im Niederspannungsnetz wird abgeregelt Uhrzeit 97

98 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Solarstrom im Niederspannungsnetz wird abgeregelt Uhrzeit 98

99 Sommer-Lastkurve Deutschlands Ca. 50 GW Oder. Solarstrom im Niederspannungsnetz wird abgeregelt Uhrzeit 99

100 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom wird vernichtet Ca. 50 GW Bei Überangebot am Spotmarkt werden Strompreise negativ. Wer Strom nimmt, bekommt Geld dazu. Möglichkeiten sind vielfältig: - Maschinen laufen lassen, obwohl sie nicht benötigt werden - Gleichzeitig kühlen und heizen - Tagsüber die Straßen beleuchten Uhrzeit 10 0

101 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom wird vernichtet Ca. 50 GW Bei Überangebot am Spotmarkt werden Strompreise negativ. Wer Strom nimmt, bekommt Geld dazu. Möglichkeiten sind vielfältig: - Maschinen laufen lassen, obwohl sie nicht benötigt werden - Gleichzeitig kühlen und heizen - Tagsüber die Straßen beleuchten Uhrzeit 101

102 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom wird vernichtet Ca. 50 GW Bei Überangebot am Spotmarkt werden Strompreise negativ. Wer Strom nimmt, bekommt Geld dazu. Möglichkeiten sind vielfältig: - Maschinen laufen lassen, obwohl sie nicht benötigt werden - Gleichzeitig kühlen und heizen - Tagsüber die Straßen beleuchten Uhrzeit 102

103 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom wird vernichtet Ca. 50 GW Bei Überangebot am Spotmarkt werden Strompreise negativ. Wer Strom nimmt, bekommt Geld dazu. Möglichkeiten sind vielfältig: - Maschinen laufen lassen, obwohl sie nicht benötigt werden - Gleichzeitig kühlen und heizen - Tagsüber die Straßen beleuchten Uhrzeit 103

104 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom aus Höchstspannungsleitungen wird exportiert (Braunkohlestrom) Ca. 50 GW Oder Uhrzeit 10 4

105 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom aus Höchstspannungsleitungen wird exportiert (Braunkohlestrom) Ca. 50 GW Hier geht es um den physikalischen Stromfluss Uhrzeit 10 5

106 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom aus Höchstspannungsleitungen wird exportiert (Braunkohlestrom) Ca. 50 GW Hier geht es um den physikalischen Stromfluss Uhrzeit 106

107 Sommer-Lastkurve Deutschlands Strom aus Höchstspannungsleitungen wird exportiert (Braunkohlestrom) Ca. 50 GW Hier geht es um den physikalischen Stromfluss Uhrzeit 107

108 Sommer-Lastkurve Deutschlands Braunkohlestrom wird exportiert Ca. 50 GW Hier geht es um den physikalischen Stromfluss Uhrzeit 108

109 Braunkohlestrom wird exportiert Hochspannungsnetz Zu den Grenzkuppelstellen Hier geht es um den physikalischen Stromfluss Grundlast-Strom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz 109

110 Braunkohlestrom verstopft die Hochspannungsnetze Zu den Grenzkuppelstellen Hier geht es um den physikalischen Stromfluss Grundlast-Strom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz 110

111 Grundlastkraftwerke Braunkohle oder Atom Hohe Investitionskosten - Brennstoff billig CO2-Ausstoß bzw. Radioaktivität sehr hoch Schwer regelbar Verstopfen die Netze Blockheizkraftwerke -> Strom und Wärme gleichzeitig Erdgas später EE-Methan oder EE-Methanol (Brückentechnik im guten Sinn) CO2-Ausstoß geringer Leicht regelbar 111

112 Grundlastkraftwerke Braunkohle oder Atom Hohe Investitionskosten - Brennstoff billig CO2-Ausstoß bzw. Radioaktivität sehr hoch Schwer regelbar Verstopfen die Netze Blockheizkraftwerke -> Strom und Wärme gleichzeitig Erdgas später EE-Methan oder EE-Methanol (Brückentechnik im guten Sinn) CO2-Ausstoß geringer Leicht regelbar 112

113 Aber auch die Betreiber von Solaranlagen müssen mehr tun als bisher 113

114 Aber auch die Betreiber von Solaranlagen müssen mehr tun als bisher Die extrem ungleichmäßige Leistungsabgabe von PV-Anlagen belastet die Stromnetze, weil diese nach dem Spitzenstrom ausgelegt werden müssen. 114

115 SFV - Vorschlag: Solar-Einspeisungsspitzen kappen, zwischenspeichern und abends und nachts einspeisen. 115

116 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen 116

117 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern 117

118 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom. PV-Anlage liefert Gleichstrom 118

119 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom. PV-Anlage liefert Gleichstrom Kurze Wege für Stromspitzen zwischen volatiler Quelle und Pufferspeicher ersparen Netzkosten 119

120 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom. PV-Anlage liefert Gleichstrom Kurze Wege für Stromspitzen zwischen volatiler Quelle und Pufferspeicher ersparen Netzkosten Autonome Regelmechanismen werden möglich 120

121 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom. PV-Anlage liefert Gleichstrom Kurze Wege für Stromspitzen zwischen volatiler Quelle und Pufferspeicher ersparen Netzkosten Autonome Regelmechanismen werden möglich Modell auch für den Sonnengürtel der Erde 121

122 Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität 122

123 Leistung Peakleistung 1,0 Peak Uhrzeit

124 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

125 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

126 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak Uhrzeit

127 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 3 kwh/kwp 0,3 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak 3 kwh/kwp Uhrzeit Kein Naturgesetz, sondern Testergebnis

128 Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher Leistung in kw / kwp An sonnigen Tagen Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit 128

129 Technische Umsetzung Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler 129

130 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Ein- speise- Zähler Öffentliches Netz 130

131 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Batterie- Ladegerät Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Batteriemanagement Ein- speise- Batterie Öffentliches Netz Zähler 131

132 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Überschuss Haushalt Stromverbraucher Batterie- Ladegerät Verbrauchs Batteriemanagement Ein- speise- Batterie Zähler Öffentliches Netz Zähler 132

133 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw tagsüber nachts Netzbelastung

134 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw tagsüber nachts Netzbelastung zulässig 15 kw Wie groß darf die Solaranlage höchstens sein, damit das Netz mit nicht mehr als 15 kw belastet wird?

135 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw Dauerverbrauch 0 kw 15 kw 15 kw

136 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 0 kw 15 kw 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw 136

137 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 0 kw 15 kw Mit Einspeiseobergrenzregler und einem Speicher von maximal 30 kwh lassen sich 90 kw ohne Netz-Mehrbelastung installieren Einspeiseobergrenzregler 0,3 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw 15 kw Dauerverbrauch 15 kw 15 kw 137

138 Solargenerator Zusätzlich Netzstabilisierung möglich MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Überschuss Haushalt Stromverbraucher + / - Korrektursignal Batterie- Ladegerät Verbrauchs Ein- speise- Netzstabili- sierungs- Regler Batteriemanagement Batterie Zähler Öffentliches Netz Zähler 138

139 Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz Zu den EE-Methan und EE-Methanol- Produktionsanlagen Solarstrom K-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz 139

140 Alternativen? Stromverbrauch und Stromangebot zur Übereinstimmung bringen Technische Maßnahmen 140

141 Eigenverbrauchs-Optimierung ohne Speicher lässt Residuallastbedarf unverändert Leistung Lastkurve Die solare Einspeisung ins Netz sinkt, aber im gleichen Maß sinkt auch die gesamte Lastkurve. Stromverbrauch und Stromeinspeisung im Netz kommen nicht zu besserer Übereinstimmung PV Einspeisung ins Netz Uhr

142 Eigenverbrauchs-Optimierung ohne Speicher lässt Residuallastbedarf unverändert Leistung Die solare Einspeisung ins Netz sinkt, aber im gleichen Maß sinkt auch die gesamte Lastkurve. Stromverbrauch und Stromeinspeisung im Netz kommen nicht zu besserer Übereinstimmung PV Einspeisung ins Netz Uhr

143 Eigenverbrauchs-Optimierung ohne Speicher lässt Residuallastbedarf unverändert Leistung Die solare Einspeisung ins Netz sinkt, aber im gleichen Maß sinkt auch die gesamte Lastkurve. Stromverbrauch und Stromeinspeisung im Netz kommen nicht zu besserer Übereinstimmung PV Einspeisung ins Netz Uhr

144 Solaranlage Solaranlage 3 3 Verbraucher Einspeisezähler Verbrauchszähler Einspeisezähler Verbrauchszähler Verbraucher 1 2 Volleinspeisung Niederspannungsnetz Hausanschlusskasten Hausanschlusskasten Eigenverbrauch In Punkt 1 gehört der Solarstrom dem Betreiber des Niederspannungsnetzes In Punkt 2 gehört der Solarstrom dem Endkundenversorger In Punkt 3 gehört der Solarstrom dem Anlagenbetreiber Volleinspeisung oder Eigenverbrauch Die Netzbelastung ergibt sich aus dem physikalischen Stromfluss (rot). Hier ist der Sonderfall dargestellt, in dem der gesamte Solarstrom von den Verbrauchern aufgezehrt wird. Die Netzbelastung ist dann in beiden Fällen Null. 144

145 Demand Side Management (Lastverschiebung) Leistung Lastkurve PV ohne Pufferspeicher Uhr

146 Demand Side Management (Lastverschiebung) Leistung PV ohne Pufferspeicher Uhr

147 Demand Side Management (Lastverschiebung) Leistung PV ohne Pufferspeicher Uhr

148 Demand Side Management Leistung PV ohne Pufferspeicher Uhr

149 Demand Side Management Leistung Demand Side Management kommt rasch an Grenzen, da es nicht möglich ist, in Zeiten ohne Wind und Sonne den Energieverbrauch einer Industrienation deutlich abzusenken erst recht nicht über mehrere Tage Uhr

150 Ablaufplan für die Energiewende Ziel: Bildung einer strategischen Energie-Reserve aus EE 150

151 Start Pufferspeicher für PV-Anlagen PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Grundlastkraftwerke stilllegen Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne 151

152 Start Pufferspeicher für PV-Anlagen PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Grundlastkraftwerke stilllegen Überschüsse werden nicht mehr abgeregelt Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne 152

153 Start Pufferspeicher für PV-Anlagen PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Grundlastkraftwerke stilllegen EE-Überschüsse in die Hochspannungsnetze Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke u. Gasturbinen-KW EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne 153

154 Grundlastkraftw. unwirtschaftlich EE-Überschüsse gelangen in die Hochspannungsnetze Erzeugung von EE-Methanol und EE-Methan aus CO2 und H2O Ziel Strategische Energiereserve Pufferspeicher für Windparks Wind-Überschüsse werden geglättet Pufferspeicher für PV-Anlagen Finanzierung aus Bundeshaushalt PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Start aufkommensneutral 154

155 Gesetzliche Bestimmungen Zur Ergänzung des EEG (SFV-Vorschlag) 155

156 1. Reduzierung der Einspeiseleistung auf 30 Prozent der Peakleistung befreit von der Verpflichtung zur Teilnahme am Einspeisemanagement Absatz 1 Solarstromanlagen, deren Einspeisewirkleistung am Verknüpfungspunkt mit dem aufnahmepflichtigen Netz durch eine technische Einrichtung auf 30 Prozent der Peakleistung reduziert ist, werden von der Verpflichtung zur Teilnahme am Einspeisemanagement (nach 6 und 11 EEG 2012) befreit. Absatz 2 Die verpflichtende Reduzierung der Einspeiseleistung auf 0,3 der Peakleistung gilt für den gesamten aus diesen Anlagen in das Versorgungsnetz eingespeisten Strom einschließlich zwischengespeicherten Solarstroms. Absatz 3 Zusätzlich zum Zweck der Netzstabilisierung eingespeister Strom unterliegt nicht der Reduzierung nach den Abs.1 u

157 2. Speicherbereitstellungsvergütung Absatz 1 Für die Integration eines Pufferspeichers in eine auf 0,3 der Peakleistung leistungsreduzierte PV-Anlage wird eine jährliche Speicherbereitstellungsvergütung durch den aufnahmepflichtigen Verteilnetzbetreiber gezahlt. Absatz 2 Die Laufzeit der Speicherbereitstellungsvergütung beträgt 20 volle Kalenderjahre gerechnet vom Zeitpunkt der Speicherinstallation an. Zusätzlich wird vor Beginn des ersten vollen Kalenderjahres für jeden vollen Monat nach dem 28.Februar je ein Zehntel der in Absatz 3 genannten Speicherbereitstellungsvergütung gezahlt. Absatz 3 Die Speicherbereitstellungsvergütung beträgt jährlich 80 Euro für eine Speicherkapazität von 1 kwh. Eine nachträgliche Erweiterung des Speichers in Schritten von 1 kwh ist zulässig und wird ebenfalls nach Absatz 2 berechnet. Der Anlagenbetreiber darf maximal 3 kwh Speicherkapazität pro installierter kwp- Peakleistung geltend machen. Absatz 4 Der Anlagenbetreiber muss dazu die Kapazität seines Batteriesatzes nachweisen.können. Absatz 5 Die aufnahmepflichtigen Verteilnetzbetreiber erhalten die dafür erforderlichen Mittel aus einem Fonds der BNetzA, der aus den Einnahmen der CO2-Steuer gespeist wird. 157

158 3. Stabilisierungsbonus bei aktiver Teilnahme an der Netzstabilisierung Die Integration einer zertifizierbaren Einrichtung zur autonomen Stabilisierung der lokalen Netzspannung sowie zur autonomen Beteiligung an der Frequenzstabilisierung in eine batteriegepufferte PV-Anlage wird mit einem jährlichen Stabilisierungsbonus von 10 Euro pro kwp installierter PV- Leistung durch den aufnahmepflichtigen Verteilnetzbetreiber vergütet. 158

159 4. Freiwilliger Speichereinsatz vor dem Verpflichtungstermin wird belohnt ( Sprinterbonus ) Absatz 1 Die Speicherbereitstellungsvergütung wird auch für PV- Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem gewährt, wenn die Reduzierung der Einspeiseleistung auf 0,3 der Peakleistung und der Einsatz der Speicherbatterie vor diesem Datum vorgenommen wurde. Die jährliche Speicherbereitstellungsvergütung erhöht sich dann um 50 Cent/kWp für jeden vollen Monat vorgezogenen Speichereinsatz. Absatz 2 Der Stabilisierungsbonus wird auch für PV-Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem gewährt, wenn eine Speicherbatterie sowie eine Einrichtung zur autonomen Stabilisierung der lokalen Netzspannung sowie zur autonomen Beteiligung an der Frequenzstabilisierung installiert wurden. 159

160 5. Degression der Speicherbereitstellungsvergütung Für jedes volle Kalenderjahr, welches das Inbetriebnahmedatum später als der liegt, vermindert sich die jährliche Speicherbereitstellungsvergütung technologieabhängig für die gesamte Vergütungsdauer um 5 bis 15 Prozent. 160

161 6. Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung Eigenverbrauch des Solarstroms ist zulässig, wird aber nicht zusätzlich vergütet 161

162 7. Integration von Pufferspeichern in PV-Anlagen befreit Netzbetreiber nicht von ihrer Verantwortung für eigene Stromspeicherung 9 (1) EEG: Netzbetreiber sind auf Verlangen der Einspeisewilligen verpflichtet, unverzüglich ihre Netze entspechend dem Stand der Technik zu optimieren, zu verstärken und auszubauen oder Stromspeicher zu integrieren, um die Abnahme, Übertragung und Verteilung des Stroms aus Erneuerbaren Energien oder Grubengas sicherzustellen. Ferner 3 Nr. 7 EEG: "Netz" (ist) die Gesamtheit der miteinander verbundenen technischen Einrichtungen zur Abnahme, Übertragung, Verteilung und Speicherung von Elektrizität für die allgemeine Versorgung. Nachträgliche Einfügung in rot. 162

163 8. Berücksichtigung des räumlichen Mehrbedarfs für Speicherbatterien in den Baugesetzen. Pro 10 qm Dach- sowie nutzbare Fassadenfläche muss Speicherplatz für 3 kwh bauseitig vorgesehen werden 163

164 Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert Jeweils aktuellste Fassung: 164