PV und Speicher Bedeutung der Pumpspeicher und mögliche Alternativen

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1 PV und Speicher Bedeutung der und mögliche Alternativen Dr. Rudolf Zauner Renewable Power GmbH Österreichische Photovoltaik-Fachtagung Wirtschaftskammer Österreich 20. bis 21. Oktober 2011 AG,

2 PV- und Windkraftwerke des und Joint Ventures Wind In Bau 282 MW In Betrieb 429 MW PV In Bau >12 MW In Betrieb 16.6 MW Bares 142 MW Dağpazarı 39 MW AG, Page 2

3 Weltweit installierte Leistung aus Wind und PV- Kraftwerken (Quelle: IEA) Installierte Leistung: 195 GW Installierte Leistung: 21 GW davon : 0,4% (mit Bauprojekten) davon : 0,15% (mit Bauprojekten) Zum Vergleich: Hydro weltweit 980 GW davon : 0,9% (mit Bauprojekten) AG, Page 3

4 Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Erzeugungsverteilung Wind: 1,8 MW Windkrafttanlage Energieproduktion 2010 Bruck WEA 1; 1,8MW [kwh] 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 08:00 06:00 04:00 02:00 00: AG, Page 4

5 Wind speed [m/s] Wind speed [m/s] Volatilität: Herausforderung Prognose Bruck wind forecast February hr 18, hr 16,0 Measured 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Time [hours] 0-24 hr Bruck 48 hr forecast error February hr Time [hours] AG, Page 5

6 Wind speed [m/s] Vergleich Vorhersagegenauigkeit vs. Vorhersagehorizont 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 WP Bruck - Wind forecast February hr hr hr Measured ,0 18,0 16,0 16,0 14,0 14,0 12,0 12,0 10,0 10,0 8,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, ,0 4,0 2,0 0, AG, Page 6

7 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Leistung MW 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Leistung MW Volatilität im Gesamtsystem Energieproduktion einer Windturbine in einem Windpark (1.8 MW) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Gesamte Energieproduktion von Windturbinen in der Kontrollzone (1010MW) Quelle: AG, Page 7

8 PV-Kraftwerk, 2 MW AG, Page 8

9 Einstrahlung 2009 PV Mercadillo AG, Page 9

10 Einstrahlung 2010 PV Mercadillo AG, Page 10

11 Erzeugte Energie 2009 PV Mercadillo AG, Page 11

12 Erzeugte Energie 2010 PV Mercadillo AG, Page 12

13 Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Gegenüberstellung Volatilität PV versus Wind Energieproduktion 2010 Bruck WEA 1; 1,8MW [kwh] 22:00 20:00 18:00 16:00 14:00 12:00 10:00 08:00 06:00 04:00 02:00 00: AG, Page 13

14 ung: Machbarkeitsstudie + SPEICHERUNG AG, Page 14

15 Motivation für Machbarkeitsstudie mit verschiedenen dezentralen Speichertechnologien Verstärkte Integration fluktuierender Energieträger in das Energiesystem Lösungsansätze: Energieträgerdiversifikation Transnationaler Austausch (Netzausbau) verbraucherseitiges Lastmanagement angebotsseitiges Lastmanagement Speichereinsatz Eckdaten: Speicherkapazität: Speicherleistung: 100 bis 6000 kwh 10 bis 1000 kw Ist ein wirtschaftlich machbares Szenario möglich? AG, Page 15

16 Vorgehensweise Betrieb einer RES-Erzeugungsanlage in Kombination mit einem Elektrizitätsspeicher Analyse der technischen Möglichkeiten Bewertung und Auswahl traditioneller und neuartiger Speichertechnologien Analyse der Wirtschaftlichkeit verschiedene Verwertungsstrategien Optimierungsproblem mit Unsicherheiten AG, Page 16

17 Stand der Technik unterschiedlicher Speichertechnologien AG, Page 17

18 Datengrundlage Verwendung konkreter historischer Daten: Betrachtungszeitraum 1 Jahr Erzeugungsprognosen: day-ahead, 15min (EEG, ZAMG) Erzeugung: 15min, (Verbund VRP) Spotmarktpreise: 60min (APCS) Clearingpreise: 15min (APCS) Regelzonenüberdeckung: 15min (APCS) Marktpreis und Aufwendungen für Ausgleichsenergie nach Ökostromverordnung 30: quartalsweise, (e-control, Aliquotierungsverordnung) AG, Page 18

19 Verwertungsstrategien Referenzszenario 1: Vergütung über Ökostromgesetz Referenzszenario 2: Verwertung am Spotmarkt Intertemporale Arbitrage 1: 7h mit höchsten Preisen Intertemporale Arbitrage 2: Preisspread von min. 4 cent Lastglättung: Reduktion der AE-Kosten Delta der Regelzone: Erhöhung der AE-Erträge Kombinierte Strategie: Intertemporale Arbitrage mit Nutzung hoher Clearingpreise AG, Page 19

20 Verwertungsstrategien Delta der Regelzone Erzeugungsleistung [kw] Einspeisung [kw] drz [kwh] Schwelle [kwh] 900, , Leistung [kw] 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200, Delta der Regelzone [kwh] 100, ,00 1.Dez 16:45 bis 2.Dez 16:45 - Speicherleistung 150kW (in Zeitschritten von 15 Minuten) AG, Page 20

21 Speicherung PV: Off-Peak zu Peak Verschiebung Annahmen: - Leistung/Speicherkapazität = 1/10 Leistung = 300 kw, Kapazität 3000 kwh - 6 h Speicherzeit AG, Page 21

22 Speicherung im Vergleich mit PV-Erzeugung ohne Speicherung AG, Page 22

23 Folgerungen errichtung ist mit den untersuchten Verwertungsstrategien nicht wirtschaftlich darstellbar Hohe technische Komplexität: Betriebserfahrung für zukünftige Projekte wertvoll (Pilotprojekte) Technologischer Fortschritt und Kostensenkungen sind zu erwarten AG, Page 23

24 Status Quo als zentrale Speichertechnologie Offene Fragen der Systemintegration von neuen RES Speicherbetrieb in der Praxis Lebenszyklusanalyse von Speichern AG, Page 24

25 Energiespeichersysteme und ihre Lebensdauer Quelle: IRES 2007 AG, Page 25

26 GWh Wasserkraftwerke als Energiespeicher in Österreich Storage power plants Run-of-river power plants AG, Page 26

27 kraftwerke als Energiespeicher in Europa Quelle: EURELECTRIC AG, Page 27

28 Ausbaupotenzial von n Quelle: EURELECTRIC AG, Page 28

29 Kaprun Hochspeicher Kaprun-Hauptstufe Kaprun-Oberstufe Total Max. Leistung 240 MW 112,8 MW 352 MW Regelarbeitsvermögen MWh MWh MWh Max. Durchfluss 36,5 m 3 /s 36 m 3 /s Fallhöhe 858,3 m 364 m 1222,3 m Inbetriebnahme AG, Page 29

30 Malta Hochspeicher Malta-Hauptstufe Malta-Oberstufe Total Max. Leistung 730 MW 120 MW 850 MW Regelarbeitsvermögen MWh MWh MWh Max. Durchfluss 80 m 3 /s 70 m 3 /s Fallhöhe 1094,1 m 158,6 m 1252,7m Inbetriebnahme AG, Page 30

31 Reservoir Mayrhofen Mayrhofen Max. Leistung Regelarbeitsvermögen 345 MW MWh Max. Durchfluss 92 m 3 /s Ø - Fallhöhe 468 m Inbetriebnahme 1977 AG, Page 31

32 kraftwerke in Bau Limberg II: kraftwerk, 480 MW, Inbetriebnahme am AG, Page 32

33 kraftwerke in Bau Limberg II: kraftwerk, 480 MW AG, Page 33

34 kraftwerke in Bau Limberg II: kraftwerk, 480 MW AG, Page 34

35 kraftwerke in Bau Reisseck II: kraftwerk, 430 MW, Inbetriebnahme 2015 AG, Page 35

36 Systemintegrationskosten für Windenergie Hauptprobleme sind Unsicherheit und Unberechenbarkeit Erhöhte Anzahl an Lastzyklen konventioneller Kraftwerke Forderung nach Flexibilität gesteigerter Brennstoffverbrauch und CO 2 -Ausstoß Zusätzliche Betriebs- und Wartungskosten Quelle: EWIS European wind integration study, EWEA Additional system integration costs for Europe in 2015 BE LC: best estimate scenario under low boundary conditions BE HC: best estimate scenario under high boundary conditions OPT LC: optimistic scenario under low boundary conditions OPT HC: optimistic scenario under high boundary conditions AG, Page 36

37 Ausgaben für Ausgleichsenergie von Ökostrom in Österreich Ökostrom (incl. Kleinwasserkraft) [GWh] Eingespeiste Windenergie [GWh] Ausgleichsenergie [GWh] : Gesteigerte Einspeisung von Windenergie höhere Kosten für Ausgleichsenergie GWh Ausgleichsenergie [GWh] Seit 2007: Start von Windvorhersagen sinkende Kosten für Ausgleichsenergie In 2009: 17% der Ausgleichenergie konnte infolge des 7-Tage-Handels gespart werden Green power collection (incl. Small scale hydro) [GWh] Wind power feed in [GWh] Σ Amount for balance energy [GWh] Σ effective balance energy costs in Mio. 8,67 10,42 22,11 26,03 17,11 18,65 10,84 Quelle: e-control AG, Page 37

38 Speicherung in der Praxis AG, Page 38

39 gco2/kwh Lebenszyklusanalyse und CO 2 -Emissionen Bleibatterie Redox-Flow-Batterie NaS-Batterie Druckluftspeicher AG, Rudolf Zauner, VRP/ROS Page 39

40 Die Erzeugung von erneuerbarer Energie wird in Europa weiter rasant zunehmen. Die Erzeugungscharakteristika von Wind und PV unterscheiden sich fundamental. Die größte Herausforderung für neue Speichertechnologien ist die Senkung der Speicherkosten. kraftwerke spielen aufgrund des hohen Energiespeichervermögens, der vergleichsweise niedrigen Errichtungskosten, ihrer Flexibilität und der CO 2 -neutralen Stromerzeugung im Betrieb eine entscheidende Rolle. Verschiendene Verwertungsstrategien für gespeicherte Energie: Regelenergiemarkt Ausgleichsenergiemarkt Offpeak-Peak-Verschiebung Wird es im Energiesystem der Zukunft neben Erzeugern und Übertragungsnetzbetreibern auch Speicherbetreiber geben? AG, Page 40