Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern

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1 Zusammenwirken von Photovoltaik, Windkraft und Stromspeichern Solarenergie-Förderverein Deutschland e.v. (SFV) Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck (Geschäftsführer SFV) Mitwirkung der Professoren. Eberhard Waffenschmidt (Elektrische Netze, FH Köln) Ingo Stadler (Erneuerbare Energie u. Energiewirtschaft, FH Köln) Volker Quaschning (Regenerative Energiesysteme, HTW Berlin), sowie Herrn Michael Brod und Herrn Klaus Köln (UfE GmbH) 1

2 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

3 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

4 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: EE-Methan Dezentrale BHKW- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

5 100 Prozent Erneuerbare Energien Auch bei vier Wochen ohne Wind und Sonne Strategische Reserve: EE-Methan und EE-Methanol EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale BHKW- Anlagen EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

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7 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 Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

8 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 Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

9 Start??? Vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind erzeugen aus CO2 und H2O EE-Methanol EE-Methan. EE-Methan im Gasnetz KWK u. GuD- Kraftwerke EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne Die drei vorausgehenden Stufen werden im folgenden erläutert

10 Leistung 40 GW Lastkurve Uhrzeit 10

11 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 11

12 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 12

13 Leistung 40 GW Residuallast z.b. um 12:00 Uhr Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 13

14 Leistung 40 GW Residuallast z.b. um 15:00 Uhr Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 14

15 Leistung 40 GW Lastkurve Residuallast z.b. um 18:00 Uhr 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 15

22 Leistung 40 GW Residuallast z.b. um 12:00 Uhr Lastkurve Residuallast z.b. um 03:00 Uhr Residuallast z.b. um 18:00 Uhr 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 22

23 Leistung 40 GW Lastkurve Geringe Anforderungen an Regelbarkeit der konventionellen Kraftwerke Residuallast ungefähr gleich 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 23

24 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Solar 2011 Uhrzeit 24

25 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 25

26 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 26

27 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 27

28 Leistung Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke Lastkurve Ca. 50 GW Ungepufferte PV-Leistung Abregelbare Kraftwerksleistung Uhrzeit 28

29 Leistung Eigenschaften der Residuallast-Kraftwerke Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung ( Mindestleistung ) Ungepufferte PV-Leistung Abregelbare *) Kraftwerksleistung *) Aus didaktischen Gründen umgekehrte Reihenfolge Uhrzeit 29

30 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung abgeregelt Uhrzeit 30

31 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 31

32 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung PV wird abgeregelt Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 32

35 Lastkurve 35

36 Lastkurve 36

37 Lastkurve 37

38 Lastkurve 38

39 Lastkurve 39

40 Lastkurve 40

41 Lastkurve Vorbehalten ausschließlich für nicht abregelbare Kraftwerke 41

42 Lastkurve Es sind Grundlastkraftwerke, die sich nicht völlig abregeln lassen 42

43 Leistung 80 GW Jahres Lastkurve vereinfacht 40 GW Winter Frühjahr Sommer Herbst 43

44 Leistung 80 GW Jahres Lastkurve vereinfacht 40 GW Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 44

45 Leistung 80 GW Jahres Lastkurve vereinfacht 40 GW Mittellast Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 45

46 Leistung 80 GW Spitzenlast 40 GW Mittellast Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 46

47 Leistung 80 GW Spitzenlast 40 GW Mittellast Grundlast Nicht abregelbarer Teil der Grundlast Winter Frühjahr Sommer Herbst 47

48 1. Forderung Zahl der nicht abregelbaren Kraftwerke vermindern 48

49 Quelle: 49

50 GasTurbinen Kraftwerk Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerk Quelle: 50

51 Maßnahme 1 Lastkurve Grenze zum verbotenen Bereich 51

52 Maßnahme 1 Lastkurve Grundlastkraftwerke zurückdrängen Ihre Mindestleistung vermindern Laständerungsgradient erhöhen 52

53 Maßnahme 1 Lastkurve Grundlastkraftwerke zurückdrängen 53

56 Aufgabe für PV-Anlagen: Leistungsgradient vermindern Erzeugungsspitze vermindern Nachtversorgung übernehmen 56

57 Maßnahme 2 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen 57

58 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen 58

59 Lastkurve Mögliche Spielräume nutzen 59

60 SFV - Vorschlag: Solareinspeisungsspitzen kappen, zwischenspeichern abends und nachts einspeisen. 60

61 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen 61

62 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 62

63 63

64 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-Module liefern Gleichstrom 64

65 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-Module liefern Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher 65

66 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-Module liefern Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen fluktuierender Quelle und Pufferspeicher Autonome Regelmechanismen funktionieren auch ohne Steuerung durch Netzbetreiber 66

67 Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität 67

68 Leistung Peakleistung 1,0 Peak Uhrzeit

69 Leistung Peakleistung 1,0 Peak Uhrzeit

70 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

71 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

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

73 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 3 kwh/kwp 0,3 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak 3 kwh/kwp Uhrzeit

74 Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher Leistung in kw / kwp An sonnigen Tagen Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit Solarstrom wird transportfähig Stromnetz wird weniger belastet 74

75 Technische Umsetzung Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler 75

76 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Ein- speise- Zähler Öffentliches Netz 76

77 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Batterie- Ladegerät Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Batteriemanagement Ein- speise- Batterie Öffentliches Netz Zähler 77

78 PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben: Netzstabilisierung 78

79 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak + / - Korrektursignal Batterie- Ladegerät Ein- speise- Netzstabili- sierungs- Regler Batteriemanagement Batterie Öffentliches Netz Zähler 79

80 PV-Anlagen können auch Eigenversorgung übernehmen wie ein Notstromaggregat 80

81 Solargenerator 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 81

82 1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz Grundlast-Strom Grundlast-Strom Solarstrom Niederspannungsnetz 82

83 1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Durch Pufferspeicher vergleichmäßigter Solarstrom kann auch durch die vorgelagerten Netze übertragen werden 83

84 1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie kann nicht weiter, weil das Hachspannungsnetz durch Strom aus Grundlastkraftwerken verstopft ist 84

85 1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Kein Zugang für Solarstromüberschuss zur EE-Methan und -Methanolproduktion Grundlast-Strom? Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie kann nicht weiter, weil das Hachspannungsnetz durch Strom aus Grundlastkraftwerken verstopft ist 85

86 1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion Solarstrom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz 86

87 1. Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz 2. Echte Überschüsse zur EE-Methan und -Methanolproduktion Solarstrom Grundlast-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz 87

88 Ablaufplan für die Energiewende Ziel: Bildung einer strategischen Reserve aus EE 88

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

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93 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 EE-Methanol in Tanks beim Verbraucher Dezentrale KWK- Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne

94 Gesetzliche Bestimmungen Zur Ergänzung des EEG (SFV-Vorschlag) 94

95 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. 2 95

96 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 regelverantwortlichen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) 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. 96

97 3. Stabilisierungsbonus bei aktiver Teilnahme an der Netzstabilisierung Absatz 1 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. Evtl. lokale Netzspannung stabilisieren per powerline communication Absatz 2 Die Laufzeit des Stabilisierungsbonus beträgt 20 volle Kalenderjahre gerechnet vom Zeitpunkt der Installation der Stabilisierungseinrichtung an. Zusätzlich wird vor Beginn des ersten vollen Kalenderjahres für jeden vollen Monat nach dem 28.Februar je ein Zehntel des in Absatz 1 genannten Stabilisierungsbonus gezahlt. 97

98 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. 98

99 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. 99

100 6. Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung Eigenverbrauch des Solarstroms ist zulässig, wird aber nicht zusätzlich vergütet 100

101 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. 101

102 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 102

103 Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert Jeweils aktuellste Fassung: 103

104 Alternativen? Eigenverbrauch Demand Side Management 104

105 Möglichkeiten der Abhilfe? - Eigenverbrauch? - Demand Side Management? 105

106 Leistung Eigenverbrauchs-Optimierung Lastkurve PV ohne Pufferspeicher Minderentnahme aus dem Netz Konventionelle Leistung und Netzbelastung bleiben unverändert Mindereinspeisung ins Netz Uhr 106

107 Leistung Demand Side Management Lastkurve Konventionelle Leistung Mehr Verbrauch Weniger Verbrauch PV ohne Pufferspeicher Uhr 107