Stromspeicher in der Energiewende

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1 Stromspeicher in der Energiewende Ergebnisse der Studie MATTHIAS DEUTSCH FRANKFURT,

2 Das Stromsystem muss sich immer mehr an eine stark schwankende Stromproduktion aus Wind- und Solaranlagen anpassen. Daher braucht es mehr Flexibilität. Stromerzeugung und Stromverbrauch in einer Beispielwochen mit 50% EE-Anteil Zentrale Flexibilitätsoptionen Flexible Fahrweise von fossilen und Biomasse-Kraftwerken (inkl. KWK) Stromnetze und Übertragungskapazitäten für Exporte/Importe Flexible Steuerung der Nachfrage (Lastmanagement) Speichertechnologien (Batterien, Power-to-Gas) Stärkere Integration der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr (Powerto-Heat, Elektromobilität) Eigene Berechnungen auf Basis von Agora Energiewende (2015b) 2

3 Die verfügbaren Flexibilitätsoptionen haben unterschiedliche Einsatzbereiche und müssen unterschiedlichen Flexibilisierungsbedarf decken. Einsatzbereiche der Flexibilitätsoptionen Flexibilisierungsbedarf Volatilere Residuallast häufigeres An- und Abfahren von Kraftwerken steilere Lastgradienten Auswirkungen von Prognoseabweichungen für die Einspeisung aus erneuerbaren Energien: Mit dem EE-Anteil steigen die Auswirkungen von Prognosefehlern Bis zu 30 Minuten vor Ausführungszeitpunkt können noch Ausgleichsgeschäfte gemacht werden Verbleibende Abweichungen werden mit Regelenergie kompensiert Brunner et al. 2015; dena 2015

4 Überblick zur Agora-Speicherstudie: Inhalte und Konsortium Analysen Konsortium I Speicher im Strommarkt zum Ausgleich von Erzeugung und Nachfrage II III Speicher im Verteilnetz zur Vermeidung von Netzausbau Speicher für Systemdienstleistungen IV Zukünftige Märkte für neue Speichertechnologien 4 Technologischer Überblick zur Speicherung von Elektrizität

5 Die Studie untersucht Szenarien in 2023, 2033 und bei 90% Erneuerbaren Energien Stromerzeugung aus EE und Nachfrage in Deutschland, in TWh %* 60%* 90%* Erneuerbare Energien: Ziele der Bundesregierung Restliches Stromsystem: basierend auf Netzentwicklungsplan % 0,9 Residuale Nachfrage PV Wind (onshore & offshore) Biomasse Wasserkraft Sensitivität: Verzögerter Ausbau alternativer Flexibilitätsoptionen (KWK-Flexib., Lastmanagement, Grenzkuppelstellen) * Für das restliche Europa wurde verzögerter Ausbau der Erneuerbaren Energien angenommen: 23% bei 42% in D, 40% bei 60% in D, 60% bei 90% in D 5

6 Methodik der Voruntersuchung zum Vergleich der Vorteilhaftigkeit von Speichern mit alternativen Flexibilitäten Frage: Ist eine klare Priorisierung verschiedener Flexibilitätsoptionen möglich? Betrachtete Flexibilitätsoptionen Berechnung von Kosten/Nutzen je Option (IAEW) Netzausbau zu Nachbarstaaten Flexibilisierung der KWK Flexibilisierung der Nachfrage Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Gesamtkosten Stromversorgung im Referenzfall Nutzen der Option X (Einsparungen) Kosten der Option X (Invest- Kosten) Effekt der Option X 6

7 Netzanbindung Nachbarstaaten zusätzliche Flexibilisierung KWK zusätzliches DSM Kurzzeitspeicher 1h Kurzzeitspeicher 8h Langzeitspeicher 720h Ergebnis der Voruntersuchung: Einsparungen/ Mehrkosten je Flexibilitätsoption Mio. / GW / a Einsparungen Mehrkosten

8 In jedem Zeitpunkt wurden die Kosten verschiedener Szenarien verglichen: jeweils ohne und mit zusätzlichen Speichern Start Kosten für Stromerzeugung im Szenario ohne neue Stromspeicher Berechnung der Kosten in Szenarien mit zusätzlichen Speichern Einsparung durch Speicher Kosten durch Speicher Ergebnis Einsparung (oder Mehrkosten) durch zusätzliche Speicher Jeweils 5 Kombinationen aus Kurz- und Langzeitspeichern Fixe Kostendegression unterstellt 8

9 Ergebnis: In den nächsten 10 bis 20 Jahren verursachen Speicher Mehrkosten, im 90%-Szenario Einsparungen Bandbreite der Ergebnisse bei zusätzlichen Speichern* in Mrd. EUR pro Jahr Szenario % EE 2023: kein signifikanter Nutzen von neuen Speichern für Ausgleich von Erzeugung und Nachfrage 2033: geringe Mengen Speicher können zu Einsparungen führen 1,2 1,3 0,8 0,1-0,02-2,3 90%-Szenario: Speicher führen zu Einsparungen bei Systemkosten. Stärkste Einsparungen mit 16 GW Langzeitspeichern 7 GW Kurzzeitspeichern * Bandbreite der betrachteten Speicherkombinationen; die Ergebnisse der jeweils schlechtesten betrachteten Kombination an Speichern sind als gestrichelte Linie dargestellt 9

10 Hintergrund für Ergebnis in 2023 Bei 42% Erneuerbaren Energien in Deutschland entstehen keine relevanten EE-Erzeugungsüberschüsse Residuallast bei 42% Erneuerbaren Energien im Sommer* in GW Durchschnitt Einzelne Wochen In fast jeder Stunde wird zusätzliche Erzeugung benötigt (flexible Biomasse-, Gas- oder Kohlekraftwerke) Mo Di Mi Do Fr Sa So In einzelnen Stunden treten Überschüsse aus EE auf; günstige Flexibilitätsoptionen sind zb. bestehende Speicher, Lastmanagement, Power-to-heat, Stromexport * nach Stromerzeugung aus Wind, Solar- und Wasserkraftanlagen im Mai, Juni, Juli und August; illustrative Darstellung von Eingangsdaten der Simulationen 10

11 Ergebnisse auf einen Blick (1/4) 11

12 Ergebnisse auf einen Blick (2/4) 12

13 Speicher können bereits heute einige Systemdienstleistungen kosteneffizient erbringen Qualitative Betrachtung: Speicher für Systemdienstleistungen (Auszug der Ergebnisse) Sekundärregelleistung Primärregelleistung Batteriespeicher sehr gut geeignet Langfristiger Bedarf gering Speicher gut geeignet, Wirtschaftlichkeit aber noch offen In Zukunft starke Konkurrenz durch EE und Nachfrage Gesicherte Leistung Speicher grundsätzlich geeignet Bedarf wird im Bezug auf Kapazitätsmarkt diskutiert 13

14 Ergebnisse auf einen Blick (3/4) 14

15 Ergebnisse auf einen Blick (4/4) 15

16 Die Ergebnisse sind robust, geben aber auch Hinweise auf künftigen Forschungsbedarf Wesentliche Einflussfaktoren auf die Ergebnisse Geschwindigkeit des EE-Ausbaus in Deutschland und Nachbarländern Netzausbau innerhalb Deutschlands sowie zu den Nachbarländern Entwicklung alternativer Flexibilitätsoptionen wie Gasturbinen, Lastmanagement, KWK-Flexibilisierung, Power-to-Heat Entwicklung der Kosten der Speichertechnologien Bewertung Wesentlicher Forschungsbedarf Zentrale Annahmen stellen wahrscheinliche Entwicklung dar Meistdiskutierte Annahme war innerdeutscher Netzausbau andere Studien (Consentec 2013, IWES/IAEW/SUER 2014) zeigen dass Kernergebnisse auch bei verzögertem Netzausbau gelten Einfluss von neuen Speichertechnologien (Batterien, Power-to-X) im Wärme-, Verkehrs- und Chemiesektor auf das Stromsystem

17 Kernaussagen der Roadmap Speicher (IWES/IAEW/SUER 2014) Bis zu einem EE-Anteil von ca. 60% ist der Ausbau von Stromspeichern keine Voraussetzung für den weiteren Ausbau von Windenergie- und PV-Anlagen, wenn eine Abregelung geringer Mengen von Erzeugungsspitzen akzeptiert wird. Auch bei hohen EE-Anteilen an der Stromerzeugung (ca. 90% in Deutschland und über 80% in Europa) kann bei Flexibilisierung von Erzeugung und Nachfrage der notwendige Ausgleich weitgehend ohne zusätzliche Stromspeicher geschafft werden. Dabei ist der Anteil abgeregelter EE-Erzeugung mit ca. 1% gering. Der netzdienliche Einsatz von Stromspeichern kann bei einem verzögerten Netzausbau Nutzen im Engpassmanagement bringen. Aufgrund der zeitlichen und räumlichen Entkopplung von Ein- und Ausspeicherung weisen Power-to-Gas-Anlagen hierbei den größten Nutzen auf, dem jedoch höhere Investitionskosten gegenüberstehen. Bei einem abgeschlossenen Netzausbau werden diese netzdienlichen Stromspeicher jedoch für diese Funktion nicht mehr benötigt.

18 Verfügbar unter: Kontakt: 18

19 Backup 19

20 Stromverbrauch für Power-to-Gas/Power-to-Liquid in verschiedenen Szenarien für 2050 (AEE 2016) Notwendigkeit von PtG hängt ab vom Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch. Genauer Anteil ist umstritten: Einige Studien gehen von 60% Erneuerbare aus, andere von 80%. (AEE 2016: Flexibilität von Strom, Wärme und Verkehr. Metaanalyse)