Smart Storage: Wie sieht die Zukunft der Energiespeicher aus?

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1 Batteriealterung Batteriemodelle Batteriediagnostik Batteriepackdesign Elektromobilität Stationäre Energiespeicher Energiesystemanalyse Smart Storage: Wie sieht die Zukunft der Energiespeicher aus? Smart renewables 2017, Berlin 23/02/2017 J. Badeda, K.-P. Kairies, D. Haberschusz, F. Ruecker, D.U. Sauer Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und 1 Speichersystemtechnik

2 Batteriespeicher Warum wir diese als neue Elemente im Netz verstehen sollten Leistungspotential in MW Zum Vergleich: Markt für Primärregelleistung ~0,6-1,3GW Nahezu 1GW bei ca. 3GWh * 2017* Quelle: DOE, Speichermonitoring, BKA, *Fortsetzung der Marktentwicklung aus 2015 und 2016 Annahme: Hausspeicher und E-Fahrzeuge 3kW Anschlussleistung, PV-Speicher =6kWh, EV=22,5kWh und PHEV 7,5kWh E-Autos PV-Hausspeicher Großbatterien Einheiten 2016 > > Zubau von Speichern vor allem durch andere Märkte motiviert Nutzung als Flexibilität mitzudenken ~ 20 2

3 Batteriespeicher Warum wir diese als neue Elemente im Netz verstehen sollten Wind Photovoltaik 220 / 380 kv 110 kv 10/20 kv 400 V Stromerzeugung Speichertechnologien Pumpspeicher Druckluft Wasserstoff DSM* Power to Gas DSM* Batterien Power to Gas DSM* Elektrofahrzeuge Heimspeicher Batteriespeicher spielen vor allem eine Rolle in den Verteilnetzen neue Herausforderungen [11] * Demand side management 3

4 Großbatteriespeicher MW e Entwicklung in D für Primärregelleistung (PRL) Großbatteriesysteme für die Primärregelleistung Bis 2017: ~171 MW Batteriespeicher im PRL (~28% des dt. Marktes) preisreduktion von ~17,8%/a Teilweise bedingt durch Zellpreisentwicklung Wemag Erweiterung Quelle: Fleer et al. IRES 2017 Quelle: Fleer et al. IRES 2016 Mehrzahl der Großbatteriespeicher basieren auf Lithium-Ionen-Batterien. Wahl der Zelltypen auch beeinflusst durch Entwicklung in der Automobilindustrie. 4

5 PV-Hausspeicher kw e Entwicklung Endkundenpreise [11] ISEA / RWTH Aachen 2017 Preis pro nutzbarer Kapazität in /kwh ~6,7%/a ~16,7%/a Blei Lithium Li: /kwh Pb:1.200 /kwh Halbjahr Preise beinhalten: Batterie, BOS, Umrichter, Steuern Markt für wird dominiert durch Lithium-Ionen basierte Speichersystem, nur noch wenige Anbieter für Blei 5

6 Entwicklung der Preise für Lithium-Ionen-Zellen Hier im Automobilbereich verwendete Zelltypen ISEA / RWTH Aachen 2017 Lithium-Ionen Zellpreise in /kwh ~10%/a Angaben von dt. OEM Sources: DB09, BCG10, RB10, TIA10, CED11, ATK12, RB12A, RB12L, EE12, Avi13, RB13, ISI13, MWG13, ISI15, UBS14, UBS14-A 6

7 PV-Hausspeicher Entwicklung Installationszahlen in Deutschland ISEA / RWTH Aachen 2017 Kumulierte Anzahl installierter PV-Hausspeichern 7 Mai Förderungen beziehen Einspeisegrenzen mit ein, um netzdienliches Verhalten zu erzielen Nach 2020 weiter zunehmende Zahl durch Installationen bei PV-Bestandsanlagen zu erwarten Aug Förderung 2016 Fortsetzung 01/2017

8 Elektrofahrzeuge Entwicklung kumulierte Zulassungszahlen PKW Kum. Neuzulassungen PKW in Tsd Top 5 PHEV und Hybrid Hersteller Top 5 EV Hersteller Zusammen 1,4% der Neuzulassungen Jahr Hybrid Plug-in Hybride Elektro Vor 2012 keine Unterscheidung zwischen Hybrid und PHEV ~44k EV und PHEV im Markt, welche für Integrationsfragestellungen relevant sind. Quelle: [10] KBA,

9 Multi-use-case Elektrofahrzeuge und PV-Hausspeicher für zusätzlichen Nutzen erschließbar Elektrofahrzeug mit 15 kwh nutzbarer Batteriekapazität Zyklenlebensdauer äquivalente Vollzyklen theoretisch eine Fahrleistung: km Durchschnittliche Fahrleistung: bis km 1 15 kwh km 40% Potential PV-Hausspeicher Durchschnittlicher Nutzungsgrad: Zyklen pro Jahr Äquivalente Vollzyklen A Beispielsysteme aus dem Speichermonitoring B C D E F G Ca. 60 bis 80% der Zyklen bleiben durch reinen Fahrbetrieb ungenutzt 1 Annahme: Jahres-km Elektrofahrzeug im Bereich von bis km, Nutzungsdauer 12 Jahre *Abhängig von der zyklischen Belastung in der zusätzlichen Anwendung Ca. 30% bis 60% der Zyklen bleiben in reinem Betrieb ungenutzt E-Autos und Heimspeicher könnten mehr als ein Zyklus pro Tag für zusätzlichen Nutzen zur Verfügung stellen* 9

10 Multi-use-case Pooling von Kleinstspeichersystemen Möglichkeiten Nutzung der Kapazität als Flexibilität im Netz In Kombination mit anderen technischen Einheiten Nutzung E-Fahrzeug als mobilen Speicher für den Haushalt Aktuelle Herausforderungen Geschäftsmodelle Regularien zur Präqualifikation in PRL Technische Integration (vor allem E-Fahrzeugen) Datenübermittlung nach außen Bi-direktionaler Anschluss Reaktionszeiten Einheitliche Protokolle Beispiel für reinen Hausspeicher-Pool für PRL: 10

11 Informationen zu aktuellen Projekten des Instituts Elektroflotten PV-Hausspeicher Großbatteriespeicher Projekt: GoElk! Monitoring Fahrbetrieb verschiedener Flotten Lademanagement Nachfolge: EcoPool Einsatz in VPP EV + PV-Speicher Optimierer für Multi-use Partner für weitere Projekte gesucht Projekt: 1. und 2. Phase WMEP Speichermonitoring Vermessung im Labor Monitoring von mittelfristig 32 en im Feld Jährlicher Bericht zu Marktentwicklungen Freie Kurse für Stadtwerke, Netzbetreiber etc. Projekt: M5Bat 5MW/5MWh Hybrid-Speicher 5 versch. Batterietechnologien Energiemanagementsystem Erbringung von PRL Nachfolge Erbringung von zusätzlichem Netznutzen 11

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer RWTH Aachen University Jägerstraße 17/ Aachen GERMANY Wir danken J. Badeda Den Kollegen Tel.: O. Wessels, I. Schöneberger und J. Figgener Den Fördergebern Fkz.: Fkz: 16SBS001C 12