Zentral oder dezentral? Speicherstrategien für die Energiewende

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1 Forum Energiewende: Speicher für die Energiewende vhs Erlangen, 9. Mai 2016 Zentral oder dezentral? Speicherstrategien für die Energiewende Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen- Nürnberg

2 Folie 2 1. Braucht die Energiewende Speicher? Folgen des Ausbaus Erneuerbarer Energien Versorgungssicherheit nach Speicheraufgaben Effiziente Speicher Dynamische Speicher Große Speicher 3. Speichertechnologien Potentielle Energie Wärmespeicher Druckluftspeicher Batterien und Kondensatoren Chemische Speicher 4. Große Speicher oder kleine Speicher? Economy-of-Scale oder Economy-of-Downscale? Der Business-Case Speicher Speicheraufgaben für den Bilanzkreis Deutschland und weltweit

3 1. Braucht die Energiewende Speicher? Folgen des Ausbaus Erneuerbarer Energien Versorgungssicherheit nach 2022 Folie 3 Oberbecken des Happburger Stausees Quelle:

4 Rückblick: Diskussionspapier Deutschland ohne Erneuerbare Energien? Inhalt der Studie: Rekonstruktion der Strompreise an der Strombörse EEX ohne Wind und Photovoltaik Folie 4

5 15 ct/kwh 10 ct/kwh 3,530 Erzeugungskosten für nicht-privilegierte Letztverbraucher EEG- Umlage 3,592 5,277 Erzeugungskosten für privilegierte Letztverbraucher 8,39 8,22 *) z.b. stromintensive Betriebe 9,07 *) rekonstruierter mittlerer Börsenpreis ohne Wind und PV 1. Ergebnisse Strompreis an der Börse hätte sich mehr als verdoppelt 5 ct/kwh 5,16 4,26 3,78 tatsächlicher mittlerer Börsenpreis Folie 5

6 Ergebnisse 40 Mrd. 30 Mrd. 20 Mrd. 10 Mrd. 13,5 Gesamtkosten der EEG- Umlage 19,6 14,1 25,5 20,4 31,6 rekonstruierte Mehrkosten der konventionellen Stromerzeugung ohne Wind und PV Ersparnis der bundesdeutschen Letztverbraucher durch das EEG: 11,2 Mrd Strompreis an der Börse hätte sich mehr als verdoppelt ohne Erneuerbare hätten deutsche Letztverbraucher in 2013 ca. 11,2 Mrd. Euro mehr zu bezahlen ohne Erneuerbare würde es schon heute zu massiven Versorgungsengpässen kommen Folie 6

7 Anzahl netzkritischer Situationen in h netzkritische Situationen aufgrund nicht ausreichender Kraftwerkskapazität maximal fehlende Kraftwerkskapazität maximal fehlende Kraftwerkskapazität in MW Ergebnisse Strompreis an der Börse hätte sich mehr als verdoppelt ohne Erneuerbare hätten deutsche Letztverbraucher in 2013 ca. 11,2 Mrd. Euro mehr zu bezahlen ohne Erneuerbare würde es schon heute zu massiven Versorgungsengpässen kommen x Folie 7

8 zum Download unter Ergebnisse Strompreis an der Börse hätte sich mehr als verdoppelt ohne Erneuerbare hätten deutsche Letztverbraucher in 2013 ca. 11,2 Mrd. Euro mehr zu bezahlen ohne Erneuerbare würde es schon heute zu massiven Versorgungsengpässen kommen Folie 8 4. aber: spätestens bis 2023 *) müssen signifikante Reserven entstehen *) Abschaltung der letzten Kernkraftwerke

9 Installierte Kraftwerksleistung in GW Frage: Warum drohen Blackouts? Liberalisierung des Strommarktes führte zum Kapazitätsabbau und zur Überalterung des Europäischen Kraftwerksparks 120 In den nächsten Jahren bestünde 100 erheblicher Ersatzbedarf an 80 Pumpspeicher konventionellen Wasser 60 Erdgas Kraftwerken Öl Braunkohle 40 Sterberate fossiler Kraftwerke: ca. 5 GW/a 20 Steinkohle Kernkraftwerke Folie 9

10 Lippendorf Kohle-Kraftwerks- Inbetriebnahmen in Deutschland: Boxberg Schwarze Pumpe tatsächliche Inbetriebnahmen Kohle : 0,3 GW/Jahr Inbetriebnahmen Erdgas : 0,9 GW/Jahr statt ca. 5 GW/a 1998 Schwarze Pumpe (2x800 MW, 41%) 1999 Cottbus (80 MW, 40%) 2000 Lippendorf (2 x 865 MW, 42,5%), Boxberg (900 MW, 41,8%) Niederaußem (965 MW, 43%) BOA, Niederaussem Köln-Merkenich (103 MW) 2011 BOA 2+3, Neurath 2012 Neurath (2x1100 MW brutto >43%), Boxberg (675 MW brutto,43,9% Folie 10

11 Installierte Kraftwerksleistung in GW vhs Erlangen, 9. Mai 2016 Frage: Warum drohen Blackouts? Liberalisierung des Strommarktes führte zum Kapazitätsabbau und zur Überalterung des Europäischen Kraftwerksparks In den nächsten 120 Jahren bestünde erheblicher 100 Ersatzbedarf an konventionellen 80 Pumpspeicher Kraftwerken Wasser Einsatz konventioneller, fossil gefeuerter Großkraftwerke wird auch in Zukunft weiter zurückgehen Öl Erdgas Braunkohle Steinkohle Kernkraftwerke? Sterberate fossiler Kraftwerke: ca. 5 GW/a Folie 11 weil die Liberalisierung des Strommarktes kaum noch Neuinvestitionen zulässt! & Erneuerbare Energien kompensieren derzeit den fehlenden Zubau

12 Installierte Kraftwerksleistung in GW These: Altersstruktur des deutschen Kraftwerksparks 120 Prognose 2023? Pumpspeicher Wasser Öl Erdgas Braunkohle Sterberate fossiler Kraftwerke: ca. 5 GW/a 20 Steinkohle Kernkraftwerke führt zum Bedarf an Energiespeichern um altersschwache (Reserve-) Kraftwerke zu ersetzen Folie 12

13 1. Thesen Wenn keiner mehr Kraftwerke baut, brauchen wir andere Back-up Lösungen, z.b. Speicher! Folie 13

14 2. Speicheraufgaben Effiziente Speicher Dynamische Speicher Große Speicher Quelle: Michael Sterner, Ingo Stadler Energiespeicher Bedarf,, Integration Springer Vieweg, 2014 Folie 14

15 Speicheraufgaben Unterscheidung Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Folie 15 Quelle: Michael Sterner, Ingo Stadler Energiespeicher Bedarf,, Integration Springer Vieweg, 2014

16 Stromerzeugung in Deutschland im Sommer Fossiler Sockel wird auch die nächsten Jahre die Erneuerbaren ergänzen Stromerzeugung in GW heute PV Leistung PV Wind Pumpspeicher Erdgas Steinkohle Notwendig 20 ist eine effiziente Last-Verschiebung von PV 10 in die Grundlast Mo Tue Wed Thu PV Leistung bei weiterem Ausbau Fr Sat Su Braunkohle Nuklear (Lauf-) Wasser Folie 16

17 Speicheraufgaben Unterscheidung Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Weitere Unterscheidung: Grundlastfähige Speicher (z.b. Batterien) Grundlastfähige Speicher Effiziente Speicher z.b. Batterien, CAES oder Pumpspeicher Folie 17

18 Stromerzeugung in Deutschland im Frühling / Herbst Fossiler Sockel wird auch die nächsten Jahre die Erneuerbaren ergänzen Lastgradienten morgens und abends sind besonders hoch Stromerzeugung in GW PV Wind Pumpspeicher Erdgas 30 Notwendig sind lastflexible, dynamische 20 Back-Up-Kapazitäten mit geringen Investitionskosten 10 *) *) wegen geringer Laufzeiten Steinkohle Braunkohle Nuklear (Lauf-) Wasser Mo Tue Wed Thu Fr Sat Su Folie 18

19 Speicheraufgaben Unterscheidung Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Weitere Unterscheidung: Grundlastfähige Speicher (z.b. Batterien) Spitzenlastfähige Speicher (z.b. Hochtemperaturspeicher, Pumpspeicherkraftwerke) Grundlastfähige Speicher Effiziente Speicher z.b. Batterien, CAES oder Pumpspeicher Spitzenlastfähige Speicher Hochdynamische Speicher hoher Leistung z.b. durch Nutzung bestehender Kraftwerks- Infrastruktur Folie 19

20 vhs Erlangen, 9. Mai 2016 Stromerzeugung in Deutschland Winter solare Leistung ist im Winter gering Problematisch sind längerdauernde Phasen mit Windstille Leistung in MW Januar Februar März 2010 März Januar Wochen Dunkelflaute Februar konv. Erzeugung Wind PV Januar Februar März 2012 Januar Februar März Folie 20 0 Department Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI) Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl

21 Beispiel: Winter 2011 auch bei einer Vervielfachung von Wind und PV müssen bis zu zwei Wochen überbrückt werden Leistung in MW Notwendig sind große Speicher mit geringen Investitionskosten: Januar Februar März *) *) am besten existierende Speicher Wind und PV x Wochen Dunkelflaute Wind und PV x 10 Folie

22 Folie 22 Speicheraufgaben Unterscheidung Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Weitere Unterscheidung: Grundlastfähige Speicher (z.b. Batterien) Spitzenlastfähige Speicher (z.b. Hochtemperaturspeicher, Pumpspeicherkraftwerke) Systeme mit großen Speicherkapazitäten (Second Generation Fuels bzw. Chemische Speicher) 3 strategische Speicher 1 Große Speicher (Second Generation Fuels) Dauerhafte Speicherung von PV und Wind in existierenden Gasnetzen Grundlastfähige Speicher Effiziente Speicher effiziente Speicher z.b. Batterien, CAES oder Pumpspeicher Spitzenlastfähige Speicher Hochdynamische Speicher hoher Leistung z.b. durch Nutzung bestehender Kraftwerks- Infrastruktur 2 Spitzenlast- Speicher

23 1. Thesen Wenn keiner mehr Kraftwerke baut, brauchen wir andere Back-up Lösungen, z.b. Speicher! 2. Speicher müssen effizient oder dynamisch sein Folie 23

24 3. Speichertechnologien Potentielle Energie Wärmespeicher Druckluftspeicher Batterien und Kondensatoren Chemische Speicher Folie 24

25 Speichertechnologien (Pump-)speichertechnologien Speichersee-Kraftwerke Lageenergiespeicher (Latent-)Wärmespeicher Pufferspeicher Saisonale Speicher 0,0001 Druckluftspeicher Adiabate Druckluftsspeicher Speicherung mit Luftverflüssigung 0,001 Folie 25 Batterien und Kondensatoren Bauarten und Kapazitäten Redox-Flow Chemische Speicher / Second Generation Fuels LOHCs Power-to-Gas (Wasserstoff, Methan) 0,01 0, Speicherdichte in kwh pro kg

26 Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke Speicherkraftwerke nutzen Wasser aus einem hochgelegenen See oder Stausee über Rohrleitungen wird das Wasser der tief gelegenen Turbine zugeführt das in Deutschland verfügbare Speichervolumen von 40 GWh setzt sich aus rund 30 Pumpspeicherkraftwerken zusammen Speicherkraftwerke nutzen Wasser aus einem See oder einem Stausee mit natürlichem Wasserzufluss Pumpspeicherkraftwerke... nutzen Wasser, das (nachts) aus dem unteren See nach oben gepumpt wird Folie 26

27 Staustufenspeicher Staustufenspeicher nutzen die geodätische Höhenunterschiede von Wasserstraßen Quelle: Sterner, Stadler, Energiespeicher, Springer Vieweg, 2014 Pumpspeicherwerke in aufgelassener Bergwerksstollen Vorhandene Pumpwerke in aufgelassenen Bergwerksstollen könnten in Pumpspeicherwerke umfunktioniert werden Pumpspeicherwerke in Windkraftanlagen Folie 27

28 Ringwallspeicher der Ringwallspeicher ist ein künstliches Pumpspeicherwerk Wind und PV werden direkt im Pumpspeicherwerk gespeichert Konzept mit 10 GW (für 30 Tage) Folie 28 Quelle: Sterner, Stadler, Energiespeicher, Springer Vieweg, 2014

29 Lageenergiespeicher Quelle: Sterner, Stadler, Energiespeicher, Springer Vieweg, 2014 Felszylinder wird aus dem Untergrund ausgesägt, abgedichtet und hydraulisch angehoben Folie 29...und verkantet beim runterlassen hoffentlich nicht.

30 Speichertechnologien (Pump-)speichertechnologien Speichersee-Kraftwerke Lageenergiespeicher (Latent-)Wärmespeicher Pufferspeicher Saisonale Speicher 0,0001 Druckluftspeicher Adiabate Druckluftsspeicher Speicherung mit Luftverflüssigung 0,001 Folie 30 Batterien und Kondensatoren Bauarten und Kapazitäten Redox-Flow Chemische Speicher / Second Generation Fuels LOHCs Power-to-Gas (Wasserstoff, Methan) 0,01 0, Speicherdichte in kwh pro kg

31 Diabate und adiabate Druckluftspeicher (Compressed Air Energy Storage: CAES) diabate Druckluftspeicher Motor M Verdichter Turbine Generator G Kaverne Speicherung von Druckluft in unterirdischen Kavernen Beispiel: Kavernenspeicher Hundtdorf Leistung 321 MW el, Speicherkapazität ca. 400 MWh *) Inbetriebnahme 1978 diente zur Speicherung von Kernenergie des Kernkraftwerks Unterweser in Schwachlastzeiten *) entspricht einem kleinen Pumpspeicherkraftwerk) Beispiel: RWE-Pilotanlage ADELE, Staßfurt Adiabates Druckluftspeicher-Gasturbinenkraftwerk 90 MW elektrische Leistung 360 MWh Speicherkapazität Geplante Inbetriebnahme: 2013 Folie 31

32 Kugelpumpspeicher Wasser wird in Hohlkugeln am Meeresgrund gepumpt und strömt bei Strombedarf in die Kugel zurück Zielgrößen pro Energiekugel: 20 MWh Entladezeit 4-8h mit 2,5-5 MW Folie 32 Quelle: Sterner, Stadler, Energiespeicher, Springer Vieweg, 2014

33 Submarine Druckluftspeicher Motor M Verdichter Turbine G Druckluft wird in Ballons am Meeresgrund gepresst entladen geladen Vorteil: Druck entspricht immer dem Tiefseedruck ( isobare Speicherung ) Folie 33

34 Druckluftspeicher mit Luftverflüssigung Abwärme (Verluste der Verflüssigung) an die Umgebung verflüssigte Luft (z.b C) Umgebungswärme zum Rückverdampfen verflüssigte Luft (oder CO 2 ) erlaubt besonders hohe Speicherdichten Die hohen Verluste der Verflüssigung (an die Umgebung) können (teilweise) aus der Umgebung wieder gewonnen werden Luftverflüssigung Expansionsturbine Folie 34

35 Speichertechnologien (Pump-)speichertechnologien Speichersee-Kraftwerke Lageenergiespeicher (Latent-)Wärmespeicher Pufferspeicher Saisonale Speicher 0,0001 Druckluftspeicher Adiabate Druckluftsspeicher Speicherung mit Luftverflüssigung 0,001 Folie 35 Batterien und Kondensatoren Bauarten und Kapazitäten Redox-Flow Chemische Speicher / Second Generation Fuels LOHCs Power-to-Gas (Wasserstoff, Methan) 0,01 0, Speicherdichte in kwh pro kg

36 Batterien/Akkumulatoren und Kondensatoren Batterien und Kondensatoren (SuperCaps) sind für Speicherung großer Strommengen (noch?) zu teuer Interessant ist die Nutzung der Speicherkapazität von Elektrofahrzeugen Möglichkeiten zur Erhöhung der Speicherkapazität Redox-Flow-Akku Elektrolyt wird in externen Tanks gespeichert Beispiel: Vanadium-Redox-Akkumulator mit Schwefelsäure- Elektrolyte Folie 36 Luft-Batterien-/Akkumulatoren z.b. Lithium-Luft-Akku, Natrium-Luft-Akku, Zink- Luft-Akku erspart das Einlagern des Oxidationsmittels

37 Energiedichte in Wh pro kg Energiedichte in von Diesel Speicherdichten von Batterien und Kondensatoren Die Speicherkapazität von Batterien und Kondensatoren und ist vergleichsweise gering die gespeicherte Energie kann aber kurzfristig mit hoher Leistung bereitgestellt werden ,1 0,01 0,01 NiCd Bleiakku RedoxFlow nach X. Luo et al./applied Energy 137 (2015) ,1 NaS Li-Ion SuperCaps 1 Kondensatoren (Capacitors) 10 Leistungsdichte in kw pro kg % 1% 0,1% 0,01% 0,001% 0,0001% Folie 37

38 Kondensatoren und Supercapacitors Kondensatoren speichern Energie in elektrischen Feldern in Supercaps erhöhen Ionen des Elektrolyten die Kapazität Folie 38 Dielektrikum - + herkömmlicher Elektrolyt-Kondensator mit (isolierendem) Dielektrikum Super- Kondensator mit leitfähigem Elektrolyt - +

39 Kondensatoren und Supercapacitors Kondensatoren speichern Energie in elektrischen Feldern in Supercaps erhöhen Ionen des Elektrolyten die Kapazität Supercaps werden oft mit anderen Stromerzeugern (z.b. Brennstoffzellen) kombiniert Folie 39 Dielektrikum - + herkömmlicher Elektrolyt-Kondensator mit (isolierendem) Dielektrikum Super- Kondensator mit leitfähigem Elektrolyt + Helmholtz- Doppleschicht

40 Batteriesysteme für große Speicher große Batterien werden besonders in schlechten Netzen seit Jahrzehnten eingesetzt derzeit sind Leistungen bis 1 GW in der Planung Nickel-Cadmium Golden Valley Electric Association 27 MW Battery Energy Storage System (BESS) Natrium-Schwefel Vanadium- Redox-flow Blei-Säure Li-Ion Amplex Group, United Arab Emirates 350 MW Sodiumsulphur storage system 2012 Puerto Rico s 20 MW Battery Energy Storage AES Laurel Mountain Plant 32 MW lithium-ion battery storage facility Sumitomo Electric Demonstration, Yokohama Works Folie 40

41 Speichertechnologien (Pump-)speichertechnologien Speichersee-Kraftwerke Lageenergiespeicher (Latent-)Wärmespeicher Pufferspeicher Saisonale Speicher 0,0001 Druckluftspeicher Adiabate Druckluftsspeicher Speicherung mit Luftverflüssigung 0,001 Folie 41 Batterien und Kondensatoren Bauarten und Kapazitäten Redox-Flow Chemische Speicher / Second Generation Fuels LOHCs Power-to-Gas (Wasserstoff, Methan) 0,01 0, Speicherdichte in kwh pro kg

42 Vergleich der Speicherkapazitäten Referenz: Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland 1 Mio. Elektroautos 40 GWh 10 GWh Erdgas-Speicher 227 TWh flüssige Treibstoffe 250 TWh Quelle: M.Specht, Kraft-Wärme-Kopplung mit Biomasse, Augsburg, Besonders hohe Speicherkapazitäten bietet die bestehende Infrastruktur für flüssige und gasförmige Treibstoffe Folie 42

43 Beispiel Langzeitspeicher: Erdgasspeicher Erdgas wird saisonal in Kavernen und Druckspeichern gespeichert Folie 43 Quelle: Sterner, Stadler, Energiespeicher, Springer Vieweg, 2014

44 Beispiel Langzeitspeicher: Erdgasspeicher Erdgas wird saisonal in Kavernen und Druckspeichern gespeichert In den USA beträgt die (Untertage-) Speicherkapazität etwa 15% des Jahresverbrauchs, in Deutschland ca. 25% existierende Erdgasspeicher könnten ca. 5 Jahre lang die heutige Wind und PV-Produktion speichern (Annahme: Power-to-Gas-Wirkungsgrad ca. 50%) extrem kalter Winter 5-Jahres-Mittelwert aktuelle Reserve mittl. Gaspreis im Februar 2014: 6,00 $ pro MBTU (entspricht 14,6 /MWh) mittl. Gaspreis im Februar 2016: 1,99 $ pro MBTU (entspricht 5,8 /MWh) kein Winter 15 % 10 % 5 % 0 % Anteil des Jahresverbrauchs in den USA Folie 44

45 Beispiele für Second Generation Fuels: Power-to-Gas 1. Step: Elektrolysis H 2 O Strom H 2 + ½ O 2 2. Step: Sabatier-Reaktion Katalysator CO H 2 CH H 2 O Power-to- Liquids CO + 2 CO syngas + 2,2 H 2 4 H 2 Fischer-Tropsch Diesel Dimethylether (DME) CH 3 -O-CH 3 + H 2 O + 2 H 2 O Folie 45 LOHCs + hydrierte H 2 LOHCs

46 Beispiel: Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs) katalytische Hydrierung/Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen ermöglicht die Speicherung von Wasserstoff mit Speicherdichten bis 1 kwh/l (Heizöl: 10 kwh/l) Hydrogenious Technologies GmbH gewinnt den Nordbayerischen Hochschulgründerpreis 2013, Bayerischen Gründerpreis 2014, Science4Life Venture Cup 2014 ungesättigte Doppelbindung bzw. Aromaten H H H H + H 2 H H H H H H gesättigte Einfachbindung Marlotherm H + 9 H 2 H Carbazol + Folie 46 H 2

47 Beispiel: Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs) katalytische Hydrierung/Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen ermöglicht die Speicherung von Wasserstoff mit Speicherdichten bis 1 kwh/l (Heizöl: 10 kwh/l) Hydrogenious Technologies GmbH gewinnt den Nordbayerischen Hochschulgründerpreis 2013, Bayerischen Gründerpreis 2014, Science4Life Venture Cup 2014 Folie 47

48 4. Große Speicher oder kleine Speicher? Economy-of-Scale oder Economy-of-Downscale? Der Business-Case Speicher Speicheraufgaben für den Bilanzkreis Deutschland und weltweit Folie 48

49 Strompreis Leipziger Strombörse 4-8 ct/ kwh Wärmepreis / MWh Zentrale oder dezentrale Energieerzeugung? Große Kraftwerke Economy-of-Scale reduziert spezifische Investkosten Ausgereifte Technik gewährleistet Sicherheit und höchste Effizienz Gas-Grenzübertrittspreise / MWh Gaspreise Endkunden / MWh Wärmepreis Endkunde / MWh Strompreis Endverbraucher ct/ kwh Verbrauchernahe Erzeugung spart Infrastrukturkosten und erlaubt höhere Erlöse Dezentrale Erzeuger Economy-of-Scale Economy-of-Down-Scale Folie 49

50 Strompreis Leipziger Strombörse 4-8 ct/ kwh Wärmepreis / MWh Zentrale oder dezentrale Energiespeicherung? Große Speicher Economy-of-Scale reduziert spezifische Investkosten Ausgereifte Technik gewährleistet Sicherheit und höchste Effizienz Gas-Grenzübertrittspreise / MWh Gaspreise Endkunden / MWh Wärmepreis Endkunde / MWh Strompreis Endverbraucher ct/ kwh Verbrauchernahe Erzeugung spart Infrastrukturkosten und erlaubt höhere Erlöse Dezentrale Speicher Economy-of-Scale Economy-of-Down-Scale Folie 50

51 Business-Case Speicher Idee: Überschussstrom mit negativen Strompreisen wird gespeichert und später teuer verkauft Folie 51

52 Entwicklung der Strompreise an der Leipziger Strombörse Negative Strompreise nehmen etwas zu aber: mögliche Erlöse sind marginal PHELIX Spotpreise Intraday Quelle: /MWh Anzahl Stunden: 35 h (Verdienst pro kw el : 0,84 /a) 41 h 1,164 /a 38 h 2,232 /a 79 h 1,126 /a Folie 52

53 Erlöse / Kosten in /kw a Entwicklung der Strompreise an der Leipziger Strombörse Negative Strompreise nehmen etwas zu aber: mögliche Erlöse sind marginal und reichen bei weitem nicht, um notwendige Investitionen zu refinanzieren! Anzahl Stunden: 35 h (Verdienst pro kw el : 0,84 /a) 41 h 1,164 /a zum Vergleich: (nur) Kapitaldienst Power-to-Gas Investitionskosten /kw el Kapitaldienst pro kw el : ca /a (Zins 5%, 12 Jahre) 38 h 2,232 /a 79 h 1,126 /a Folie 53 zum Vergleich: Aldi-Batterien AA 58 /kw (20 ct/stück, 2300 mah, Entladedauer 1h) Aldi-NiMH-Akkus AA 1000 /kw (3,24 /Stück, 2700 mah, Entladedauer 1h)

54 Business-Case Speicher Idee: Überschussstrom mit negativen Bilanzkreis Deutschland Strompreisen wird gespeichert und später teuer verkauft Geordnete Börsenpreise Folie 54

55 Business-Case Speicher Idee: Überschussstrom mit negativen Strompreisen wird gespeichert und später teuer verkauft Bilanzkreis Deutschland Erlöse werden sich nicht grundsätzlich ändern, wenn Preisniveau steigt oder sinkt Erlöse könnten steigen, wenn sich die Schere zwischen min. und max. Strompreisen weiter öffnet Gewinn Kosten Kosten Erlöse Anzahl Stunden: 4380 h (Verdienst pro kw el : 115 /a) statt 1,126 /a Folie 55

56 Business-Case Speicher Idee: Überschussstrom mit negativen Bilanzkreis Deutschland Erlöse werden sich nicht grundsätzlich ändern, wenn Preisniveau steigt oder sinkt Erlöse könnten steigen, wenn sich die Schere zwischen min. und max. Strompreisen weiter öffnet Kernproblem: Speicher-Wirkungsgrade Strompreisen wird gespeichert und später teuer verkauft Wirkungsgrad: 30% Gewinn Kosten Erlöse Wirkungsgrad : 100% Anzahl Stunden: 4380h 877 h (Verdienst pro kw el : /a) Folie 56

57 1. Thesen Wenn keiner mehr Kraftwerke baut, brauchen wir andere Back-up Lösungen, z.b. Speicher! 2. Speicher müssen effizient oder dynamisch sein 3. Im (regional begrenzten) Stromhandel können Speicher kein Geld verdienen Folie 57

58 Folie 58 Speicheraufgaben Unterscheidung Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Weitere Unterscheidung: Grundlastfähige Speicher (z.b. Batterien) Spitzenlastfähige Speicher (z.b. Hochtemperaturspeicher, Pumpspeicherkraftwerke) Systeme mit großen Speicherkapazitäten (Second Generation Fuels bzw. Chemische Speicher) 3 strategische Speicher 1 Große Speicher (Second Generation Fuels) Dauerhafte Speicherung von PV und Wind in existierenden Gasnetzen Grundlastfähige Speicher Effiziente Speicher effiziente Speicher z.b. Batterien, CAES oder Pumpspeicher Spitzenlastfähige Speicher Hochdynamische Speicher hoher Leistung z.b. durch Nutzung bestehender Kraftwerks- Infrastruktur 2 Spitzenlast- Speicher

59 Folie 59 Speicheraufgaben Unterscheidung Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Weitere Unterscheidung: Grundlastfähige Speicher (z.b. Batterien) Spitzenlastfähige Speicher (z.b. Hochtemperaturspeicher, Pumpspeicherkraftwerke) Systeme mit großen Speicherkapazitäten (Second Generation Fuels bzw. Chemische Speicher) 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1 effiziente Speicher Zielgröße: =100% 2 Spitzenlast- Speicher Zielgröße: 20 GW 1,5 Mio. Batterien Batterien 100 Anlagen 1 Anlage 3 strategische Speicher Zielgröße: 20 TWh existierende Gaskraftwerke 1,5 Mio. Batterien existierende Gasspeicher 100 Anlagen

60 Speicheraufgaben Unterschiedliche Speicheraufgaben erfordern unterschiedliche Speicherlösungen Es gibt nicht eine richtige Speichertechnologie sondern viele große und kleine Groß und zentral! Große Speicher (Second Generation Fuels) Dauerhafte Speicherung von PV und Wind in existierenden Gasnetzen Grundlastfähige Speicher Effiziente Speicher Klein und dezentral? z.b. durch Aufwertung ungenutzter Niedertemperaturpotentiale Spitzenlastfähige Speicher Hochdynamische Speicher hoher Leistung z.b. durch Nutzung bestehender Kraftwerks- Infrastruktur Groß und zentral? Folie 60

61 Groß Lösungen klein? LOHCs Power-to-Gas / Power-to-Liquids CO 2 CO + + syngas 2,2 H 2 4 H 2 Biomass-to-Liquid (BtL) Substitute-Natural-Gas Dimethylether (DME) CH 3 -O-CH 3 + H 2 O + 2 H 2 O + H2 CH x O y + H 2 O (Biomass) gasification CO + 3 H 2 + CO 2, H 2O, etc. CO CH hydrogenation + H 2 O, CO 2, hydrogen Speicher machen Erneuerbare Energien transportierbar! heat und Folie 61

62 Thesen Wenn keiner mehr Kraftwerke baut, brauchen wir andere Back-up Lösungen, z.b. Speicher! Speicher müssen effizient oder dynamisch sein Im (regional begrenzten) Stromhandel können Speicher kein Geld verdienen aber: Spätestens ab 2023 brauchen wir zentrale und dezentrale Speichertechnologien (fast) egal zu welchem Preis Folie 62