1 - MW Speichertechnologie -Batteriesysteme-

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1 1 - MW Speichertechnologie -Batteriesysteme- Regenerative Energiesysteme (Master) in Neuerungen auf dem Energiemarkt Prof. Dr. rer.pol. G. Erdmann Betreuer: Arne Grein

2 Vortragsstruktur 1. Motivation 2. Großbatteriespeicher 3. Marktübersicht 4. Fortschritt/ Aussicht 5. Kosten-Nutzen-Analyse 6. Förderungsmöglichkeiten von Energiespeichern 7. Resumée 2

3 1. Motivation Bis ,6 GW installierte Leistung aus EE (fossiler Anteil: 53 GW)* Verbesserung der Netzqualität Speicherbetreiber als Stromhändler Nutzung der Preisvolarität am Strommarkt * BMU Leitszenario Abb. Oben: Windeinspeisung im Jan.09, gesamt Dt. Abb. unten: typischer Ertragsverlauf v. Pv-Anlagen

4 2.1 Großbatteriespeicher - Übersicht Blei-Batterie NiCd-Batterie NaS- Batterie Redox Flow Technologie Li-Ionen-Batterie 4

5 2.2 Großbatteriespeicher - Übersicht 5 nach VDI (2009) Investitionskosten [ /kwh] Betriebskosten [ /kwh] Lebensdauer [Vollzyklen] Erfahrungsjahre [Jahre] Vorteile Lebensdauer, Kosten Nachteile NaS Li-Ionen Blei < 200 >800 (heute) < 300 (Zukunft) 150 ~ 0,23 ~ 0,50 ~ 0,29 ~2500 >1000 (bei 100% DoD) Arbeitstemperaturen ( C), ungeeignet für lange Stand-/Wartezeiten Lebensdauer, Inovations- /Kostenpotential Sicherheit, Kosten (heute) Kosten, Sicherheit Spezif. Energie, Lebensdauer, geringes Inovationspotential

6 3.1 Marktübersicht: NaS-Speicher Bsp.: NGK Insulators, Ltd. Rechts oben: 5 MW PV-Park mit 1,5 MW NaS Speichern (NGK) in Hokkaido (Japan) Links unten: 34 MW NaS Speicher (NGK) einer 51 MW Windfarm (Japan) - z. Z. einziger Hersteller von NaS-Speichern im MW- Bereich 6

7 3.2 Marktübersicht: Li-Ionen- Tech. Bsp. Li-Tec Battery GmbH: Tochterfirma v. Evonik (50,1 %) und Daimler AG (49,9 %) Projekt LESSY (Lithiumionen-Elektrizitäts-Speicher-System) 1-MW-Block( später 10 MW-Erweiterung): Größe: Überseecontainer Lebensdauer (Ziel):15 20 Jahre 700 kwh Investkosten: 1000 /kwh Einzelne Zellen 20 x 30 cm (Standardzelle) 40 Ah/ 3,6 V (144 Wh/Zelle) Verschaltung zu Strängen á ca. 50 kwh Standort Evonik-Kraftwerk Fenne/ Völklingen Beteiligung an Bereitstellung v. Regelenergie für das deutsche Stromverbundnetz 7

8 3.3 Marktübersicht: Li-Ionen- Tech. Andere: SAFT Zyklen bei DoD* 80%; 1 Mio. Zyklen bei DoD 3% Altair Nanotechnologies: 1 MW; 250 kwh AES Energy/ A123 Systems 12 MW;( frequenzgesteuert, spinning reserve ) 8 *DoD- Depth of Discharge SAFT Intensium Flex, 9 Module á 480 V + ein Kontrollmodul

9 4.1 Fortschritt/ Aussicht 9 Quelle: VDE Studie 2008

10 4.2 Fortschritt/ Aussicht Bsp: Li-Ionen-Technologie: Materialien für Elektrolyt und Elektroden und Kombination unter ihnen Innovationspotential hinsichtlich Sicherheit und Kostenreduktion Betriebskosten (Li-Tec-Bsp.*) bei: 1 Mio. /MWh; 5000 Vollzyklen 1 Mio. /(1MWh *5000)= 0,20 /kwh Bei Teilzyklen sogar bis 0,02 /kwh! Preisentwicklung (Zellen) bis 2014: -20 % bis -40% (geschätzt) abhängig von Rohstoffpreisentwicklung und Herstellungsmengen für Automobilindustrie * Li-Tec- Korrespondenz 10

11 5. Kosten-Nutzen-Analyse Beispielstrategie: Stromhandel Strom billig am Markt kaufen (Speichereinspeisung) Strom teuer verkaufen (Speicherausspeisung) - bei Betriebskosten : 20 ct/kwh = 200 /MWh Frage: Lohnt es sich, den Strom am Markt zu veräußern, um die Betriebskosten wieder reinzuholen und Gewinn zu machen? 11

12 5.1 Strategie: Stromhandel Verkauf, Speicherausspeisung - Ausnutzung der Preisvolarität - große Preisdifferenzen große Gewinne Kauf, Speichereinspeisung Abb.: EPEX-Strompreise vom (EPEX: European Power EXchange) 12

13 5.2 Strategie: Stromhandel - 4 Tage, an denen sich Vermarktung lohnt (pos. Kosten- Nutzungsverhältnisse) -Ansonsten Negativdifferenzen - Risiko, da zukünftige Preise unbekannt Abb.: tägliche Differenzen zw. höchsten und niedrigsten EPEX-Preis im Jahr

14 5.3 Strategie: Stromhandel Antwort: Nein! Resultat: Fläche zw. den Kurven muss einer (variablen) Förderung entsprechen geeignete Prognosemodelle notwendig Was bringt die Zukunft? Absenken der Kostengeraden (Kostenreduzierung) Entwicklung am Strommarkt 14

15 5.4 Alternative? Bsp.: EE-Anlagenbetreiber mit Speicher nach Abbezahlung des bspw. PV-Parks und Ende der Vergütungsdauer Im Anschluss: Stromverkauf am Markt Aber: gleiches Problem wie zuvor Änderungen am Markt und Betriebskostenreduzierungen könnte Stromhandel interessant machen 15

16 6.1 Fördermöglichkeiten von Energiespeichern nach EEG 2009 erhebliche Probleme bei Integration v. En.-Speichern im Zusammenhang mit EE in derzeitige Fördersystematik keine zusätzliche Förderung der Energiespeichertechnologien auf Grundlage des EEG 09 2 potentielle Förderinstrumente nach dem EEG 09: Kombi-Kraftwerks-Bonus-Modell Prämienmodell 16

17 6.1.1 Fördermöglichkeiten von Energiespeichern Kombi-Kraftwerks-Bonus-Modell Kombi-KW: Anlage zur EE-Stromerzeugung + Speicher Ziel: Entwicklung u. Nutzung v. EE-Tech. s auf Bedarf ausrichten Problem:Vergütung bei unterschiedlichen EE-Anlagen vertragliche Regelung mit Netzbetreiber notwendig 17

18 6.1.2 Fördermöglichkeiten von Energiespeichern Prämienmodell Veräußerung d. Stroms direkt am Strommarkt Anstelle einer festen Vergütung Ziel: Ausgleich v. Negativdifferenzen aus Eigenvermarktung und gesetzl. Min.-Vergütung bei direkter Netzeinspeisung Anreiz Speicherinvestition für Anlagenbetreiber : Erlöse können höher ausfallen als Vergütung bei direkter Einspeisung ins Netz 18

19 6.2 Fördermöglichkeiten von Energiespeichern andere Fördermöglichkeiten: z. B.: Investitionsbeihilfen Steuerbefreiung oder -erleichterung 19

20 7. Resumée Kombination aus EE-Quellen und Speichern möglich (NaS- Speicher, Japan) Projekte für Einsatz von 1-MW-Li-Ion-Speichern in Planung Fördermöglichkeiten auf EEG-Grundlage sind vorhanden müssen erweitert bzw. ausgebaut werden, denn mit Speicherbetreiber weitere Rechtsperson zwischen Energieerzeuger und Netzbetreiber 20

21 Quellen BMU :Leitszenario 2009 VDI-Berichte 2058: Elektrische Energiespeicher- Schlüsseltechnologie für energieeffiziente Anwendungen; 2009 VDE Studie 2008: Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energieträger Li-Tec: korrespondenz mit LESSY -Projektleiter T. Timke EnBW Presseberichte 21

22 Abschied Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 22