PV-Anlagen mit integrierten Stromspeichern

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1 PV-Anlagen mit integrierten Stromspeichern Diskussionsbeitrag des Solarenergie- Fördervereins 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 Klaus Köln (UfE GmbH) 1

2 GW / a 7 6 7,4 7,5 Weiterer jährlicher PV-Zubau nach Planung der Bundesregierung 5 4 4,24 Nach BMU Leitstudie 2010 Tabelle 2, Seite 13 Auswertung und Grafik durch SFV 3 3, ,76 0,74 0,23 0,23 0,39 0, bisher 2

3 GW / a 7 6 7,4 7,5 Weiterer jährlicher PV-Zubau nach Planung der Bundesregierung 5 4 4,24 Nach BMU Leitstudie 2010 Tabelle 2, Seite 13 Auswertung und Grafik durch SFV 3 3, ,76 0,74 0,23 0,23 0,39 0, bisher 3

4 Vorteile der PV Wachstum 10 mal so schnell wie erwartet Finanzierung gesichert Investitionsförderprogramm (EEG) Verbrauchernahe Stromerzeugung Kein Flächenverbrauch bei Gebäude- Anlagen Potential beliebig hoch (bei Nutzung von Freiflächen) In der Bevölkerung akzeptiert Warum bei der Stromwirtschaft so unbeliebt? Mittags zu viel Nachts zu wenig Leistung -> Stark wechselnde Residuallastanforderung an den konventionellen Kraftwerkspark

5 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 5

6 Leistung 40 GW Konventionelle Leistung Lastkurve 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 6

7 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 7

8 Leistung 40 GW Lastkurve Konventionelle Leistung Derzeit noch geringe Anforderungen an die Regelfähigkeit 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 8

9 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Solar 2011 Uhrzeit 9

10 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Leistungsgradient Dreimal so hoch wie bei Windenergie 15 GW/h Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 10

11 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV-Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 11

12 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung (Mindestleistung) Ungepufferte PV-Leistung Abregelbare *) Kraftwerksleistung *) Aus didaktischen Gründen umgekehrte Reihenfolge Uhrzeit 12

13 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Abregelbare Kraftwerksleistung abgeregelt Uhrzeit 13

14 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV-Leistung Uhrzeit 14

15 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 15

18 Lastkurve 18

19 Lastkurve 19

20 Lastkurve 20

21 Lastkurve 21

22 Lastkurve 22

23 Lastkurve 23

24 Lastkurve Vorbehalten ausschließlich für nicht abregelbare Kraftwerke 24

25 Zahl der unzureichend abregelbaren Grundlastkraftwerke kontinuierlich vermindern 25

26 Quelle: 26

27 GasTurbinen Kraftwerk Gas- und Damofturbinen- Kraftwerk Quelle: 27

28 Maßnahme 1 Lastkurve Grundlastkraftwerke zurückdrängen Mindestleistung vermindern Laständerungsgradient erhöhen 28

29 Maßnahme 1 Lastkurve Grundlastkraftwerke zurückdrängen 29

32 Aufgabe für PV-Anlagen: Leistungsgradient vermindern Erzeugungsspitze vermindern Nachtversorgung übernehmen 32

33 Maßnahme 2 Lastkurve Ausschließlich für Grundlastkraftwerke Mögliche Spielräume nutzen 33

34 Lastkurve Ausschließlich für Grundlastkraftwerke Mögliche Spielräume nutzen 34

35 Lastkurve Ausschließlich für Grundlastkraftwerke Mögliche Spielräume nutzen 35

36 SFV - Vorschlag: Solareinspeisungsspitzen kappen, zwischenspeichern abends und nachts einspeisen. 36

37 Warum Integration in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen 37

38 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 38

39 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 39

40 Warum Speicher-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 volatiler Quelle und Pufferspeicher Autonome Regelmechanismen Schwarminelligenz Schwarzstartfähigkeit Inselnetzfähigkeit 40

41 Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität 41

42 Leistung Peakleistung 1,0 Peak Uhrzeit

43 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

44 Leistung Peakleistung 1,0 Peak 0,3 Uhrzeit

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

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

47 Direkteinspeisung Leistung in kw / kwp An sonnigen Tagen Einspeisung = 0,3 peak Einspeisung aus Speicher Uhrzeit 47

48 Leistung Darstellung bei Voller Solareinstrahlung Lastkurve Konventionelle Leistung Konventionelle Leistung Stand heute Zubau 1 Stand heute Uhrzeit 48

49 Leistung Bei voller Solareinstrahlung Lastkurve Konventionelle Leistung Konventionelle Leistung Zubau 2 Stand heute Zubau 1 Stand heute Uhrzeit 49

50 Leistung Vergleich der Einspeiseleistungskurven bei gleichem PV-Zubau, aber ohne oder mit Pufferspeicher Lastkurve Lastkurve Zubau ohne Pufferspeicher Solarleistung heute Zubau mit Pufferspeicher Solarleistung heute Uhrzeit 50

51 Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher 0,3 Sonne unter 0,3 peak Leistung in kw / kwp 0,3 Sonne etwas über 0,3 peak Viel Sonne Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit 51

52 Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher 0,3 Sonne unter 0,3 peak 52

53 Leistung Viel Sonne Wenig Sonne Lastkurve Zubau mit Pufferspeicher Bisherige Solarleistung Uhrzeit

54 Leistung Viel Sonne Wenig Sonne Lastkurve Lastkurve Zubau mit Pufferspeicher Bisherige Solarleistung Uhrzeit Bisher

55 Leistung Viel Sonne Wenig Sonne Lastkurve Lastkurve Zubau mit Pufferspeicher Bisherige Solarleistung Uhrzeit Bisher Beitrag der neuen Anlagen mit (wegen Sonnenmangels nicht aufgeladenem) Pufferspeicher

56 Technische Umsetzung Einspeiseobergrenzregler Pufferbatterie Netzstabilisierungsregler 56

57 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Ein- speise- Zähler Öffentliches Netz 57

58 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Batterie- Ladegerät Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Batteriemanagement Ein- speise- Batterie Öffentliches Netz Zähler 58

59 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 59

60 PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben: Netzstabilisierung 60

61 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 61

62 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 62

63 Leistung Lastkurve Zubau mit Pufferspeicher Stand 2011 Stand 2011 Uhrzeit

64 Leistung Solarleistung Solar-Überschuss rund um die Uhr für EE-Methan- und EE-Methanol-Produktion Lastkurve Zubau mit Pufferspeicher Stand 2011 Stand 2011 Uhrzeit

65 Alternativen? Eigenverbrauch Demand Side Management Gaskraftwerke 65

66 Möglichkeiten der Abhilfe? - Eigenverbrauch? - Demand Side Management? - Bau von rasch regelbaren Gaskraftwerken (GuD)? 66

67 Leistung Eigenverbrauchs-Optimierung Lastkurve PV ohne Pufferspeicher Minderentnahme aus dem Netz Konventionelle Leistung und Netzbelastung bleiben unverändert Mindereinspeisung ins Netz Uhr 67

68 Leistung Demand Side Management Lastkurve Konventionelle Leistung Mehr Verbrauch Weniger Verbrauch PV ohne Pufferspeicher Uhr 68

69 Ablaufplan für die Energiewende Ziel: Bildung einer strategischen Reserve aus EE 69

70 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

71 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

72 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

73 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Günther Brauner TU Wien, Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe

74 Zusammenfassung Markteinführung von PV-Anlagen mit integrierten Stromspeichern im EEG Kompatibilität ungepufferter PV mit dem derzeitigen Kraftwerkspark zukünftig nicht mehr gegeben SFV-Vorschlag: PV-Betreiber sollen notwendige Pufferspeicher selbst installieren Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität Technische Umsetzung: Speicherung, Netzstabilisierung Gesetzliche Bestimmungen zur Ergänzung des EEG Alternative Eigenverbrauch? Alternative - Demand Side Management? Ablaufplan bis zum Endziel Strategische Reserve für Wochen ohne Wind und Sonne beginnt mit PV-Pufferung 74

75 Gesetzliche Bestimmungen Zur Ergänzung des EEG (SFV-Vorschlag) 75

76 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 76

77 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. 77

78 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. 78

79 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. 79

80 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. 80

81 6. Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung Eigenverbrauch des Solarstroms ist zulässig, wird aber nicht zusätzlich vergütet 81

82 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. 82

83 Diskussionsbeitrag - wird laufend aktualisiert Jeweils aktuellste Fassung: 83