Förderung von PV-Anlagen mit integrierten Stromspeichern gehört ins EEG Diskussionsbeitrag des Solarenergie- Fördervereins Deutschland e.v. (SFV) Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck (Geschäftsführer SFV) Unter Mitwirkung von: Dr.-Ing. Eberhard Waffenschmidt Professor für elektrische Netze Klaus Köln (UfE GmbH) 1
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Inhaltsverzeichnis 2 Wo findet sich die jeweils neueste Version? 4 Kompatibilität der PV mit dem derzeitigen Kraftwerkspark mittelfristig nicht gegeben 13 PV-Betreiber installieren die fehlenden Speicher selbst 18 Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität 25 Technische Umsetzung 31 Gesetzliche Bestimmungen 43 Alternativen? Eigenverbrauch, Demand Side Management, Gaskraftwerke, EE-Methan und EE-Methanol 52 Abschätzung technologiespezifischer Speicher- Bereitstellungsvergütungen (noch in Bearbeitung) 3
Kompatibilität der PV mit dem derzeitigen Kraftwerkspark mittelfristig nicht mehr gegeben 4
Leistung Schematische Darstellung 40 GW Lastkurve 40 GW Vergangenheit: Solarenergie verringerte den Regelbedarf konventioneller Kraftwerke 40 GW 10 GW Solar 2011 Solar 2011 Uhrzeit 5
Leistung 40 GW Lastkurve nur 9 GW Schematische Darstellung Zukunft: Weiterer Zubau von PV-Anlagen ohne Pufferspeicher 40 GW 43 GW Solar in einigen Jahren Solar in einigen Jahren Uhrzeit 6
Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Grundlast Mittellast Spitzenlast Solar in einigen Jahren Uhrzeit 7
Leistung Lastkurve Grundlast Mittellast Spitzenlast abgeregelt Solar in einigen Jahren Uhrzeit 8
Leistung Lastkurve Grundlast Mittellast abgeregelt Spitzenlast abgeregelt Solar in einigen Jahren Keine Probleme Uhrzeit 9
Leistung Grundlast lässt sich nicht weiter abregeln Das Problem tritt auf, lange bevor die PV-Leistung die Lastkurve übersteigt Mittellast abgeregelt Spitzenlast abgeregelt Solar in einigen Jahren Keine Probleme Uhrzeit 10
Kompatibilität mit konventionellen Kraftwerken nur im grünen Bereich Ca. 50 GW Grundlast kann kaum abgeregelt werden Mittellast abregelbar Spitzenlast abregelbar Nur sehr langsame Änderungen der eingespeisten Solarleistung zulässig Roter Bereich Grüner Bereich Änderungen der eingespeisten Solarleistung können durch konventionelle Kraftwerke ausgeregelt werden 11
BMU Leitstudie 2011 Tabelle 2, Seite 13 Auswertung und Grafik SFV Zuwachs in GW / a 4 4,24 Damit PV-Mittagsspitze weit unterhalb der Lastkurve bleibt, soll nach Meinung der Verfasser das PV-Wachstum gebremst werden 3 3,064 3,00 2 1 0,308 0,76 0,74 0,23 0,23 0,39 0,39 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 12
PV-Betreiber installieren die fehlenden Speicher selbst 13
Warum Integration in die PV-Anlage Zahl der Pufferspeicher wächst im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV-Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom. PV-Anlage liefert Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen volatiler Quelle und Pufferspeicher Autonome Regelmechanismen Modell auch für den Sonnengürtel der Erde 14
Unser Ziel: Konventionelle Kraftwerke ablösen Aber: bis zu ihrer endgültigen Ablösung sinnvoll nutzen, damit keine neuen Mittellast- und Spitzenlastkraftwerke gebaut werden müssen. Solaranlagen ertüchtigen zum Zusammenwirken mit Grundlastkraftwerken. Deshalb Solareinspeisungsspitzen speichern und auf den Abend und die Nacht verschieben 15
Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität 16
Experimentelle Bestimmung der Einspeiseobergrenze und der Speichergröße Peak 3 kwh/kwp Speicherkapazität 0,3 Peak Einspeiseobergrenze 3 kwh/kwp Am sonnigsten Tag füllt der Überschuss die nächtliche Lücke Zu Grunde liegt höchster Solarertrag am 25.05.2011 Quelle SMA 17
PV-Anlage mit integriertem Pufferspeicher Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher 0,3 Sonne unter 0,3 peak Leistung in kw / kwp 0,3 Weniger Sonne - aber noch über 0,3 peak An sonnigen Tagen Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit 18
Leistung Darstellung bei Voller Solareinstrahlung Lastkurve Integration des neuen Anlagentyps in das derzeitige Stromerzeugungssystem: In jedem Augenblick ist die neu hinzukommende Einspeiseleistung gleich Stand heute Stand heute Uhrzeit 19
Leistung Darstellung bei Voller Solareinstrahlung Lastkurve Residuallast Residuallast Stand heute Zubau 1 Stand heute Uhrzeit 20
Leistung Darstellung bei Voller Solareinstrahlung Lastkurve Residuallast Residuallast Zubau 2 Stand heute Zubau 1 Stand heute Uhrzeit 21
Leistung Volle Solarstrahlung vorausgesetzt Installierte Solarleistung vervierfacht Ohne Pufferspeicher Lastkurve Lastkurve Installierte Solarleistung vervierfacht Mit Pufferspeicher Solarleistung heute Solarleistung heute Uhrzeit 22
Leistung Darstellung bei Voller Solareinstrahlung Lastkurve Bei vollem Sonnenschein Solarenergie rund um die Uhr Stand heute Stand heute Uhrzeit 23
Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz Zu den EE-Methan und EE-Methanol- Produktionsanlagen Solarstrom K-Strom Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert Niederspannungsnetz 24
Technische Umsetzung 25
Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz Regler Begrenzung der Einspeisung auf maximal 0,3 der Peakleistung Überschuss Ein- speise- Batterie- Ladegerät Batteriemanagement Batterie Öffentliches Netz Zähler 26
Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Überschuss Wechselrichter Einspeise- Obergrenz Regler Ein- speise- Netzstabili- sierungs- Regler Netzstabilisierungsregler kann reaktionsschnell und kurzfristig Batterieleistung zur Netzstützung einspeisen Batterie- Ladegerät Batteriemanagement Batterie Öffentliches Netz Zähler 27
Solargenerator Prinzip-Blockschaltbild (eine von vielen Möglichkeiten) MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz Regler Netzstabili -sierungs- Regler Überschuss Batterie- Ladegerät Batterie Einspeisevergütung Speicherbereitstellungs vergütung Stabilisierungsbonus werden gezahlt für jede eingespeiste kwh Öffentliches Netz Batteriemanagement Ein- speise- Zähler 28
Solargenerator Prinzip-Blockschaltbild (eine von vielen Möglichkeiten) MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz Regler Netzstabili -sierungs- Regler Überschuss Haushalt Stromverbraucher Batterie- Ladegerät Verbrauchs Batteriemanagement Ein- speise- Batterie SFV-Version 67 Zähler Öffentliches Netz Zähler 29
Solargenerator Prinzip-Blockschaltbild (eine von vielen Möglichkeiten) MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz Regler max. 0,3 Peak Netzstabili -sierungs- Regler Überschuss Optional und bei Stromausfall Haushalt Stromverbraucher Batterie- Ladegerät Verbrauchs Batteriemanagement Ein- speise- Batterie SFV-Version 67 Zähler Öffentliches Netz Zähler 30
Gesetzliche Bestimmungen (SFV-Vorschlag) 31
1. Reduzierung der Einspeiseleistung wird verpflichtend für alle Neuanlagen Solarstromanlagen mit Inbetriebnahmedatum ab 01.01.2017 erhalten eine Vergütung nach EEG nur unter der Bedingung, dass ihre Einspeisewirkleistung am Verknüpfungspunkt mit dem aufnahmepflichtigen Netz durch eine technische Einrichtung auf 30 Prozent der Peakleistung reduziert ist 32
2. Reduzierung der Einspeiseleistung auch für zwischengespeicherte Energie Absatz 1 Die verpflichtende Reduzierung der Einspeiseleistung auf 0,3 der Peakleistung gilt für den gesamten aus diesen Anlagen in das Versorgungsnetz eingespeisten Strom einschließlich zwischengespeicherten Solarstroms Wechselrichter Einspeise- Obergrenz Regler max. 0,3 Peak Netzstabili -sierungs- Regler Absatz 2 Zusätzlich zum Zweck der Netzstabilierung eingespeister Strom unterliegt nicht der Reduzierung nach Abs. 1. Ein- speise- Zähler 33
3. Speicherbereitstellungsvergütung Für die Bereitstellung eines Pufferspeichers mit einer Mindestkapazität von 3 kwh pro installierter kwp wird eine Speicherbereitstellungsvergütung von 20 Cent/kWh (bis 45 Cent/kWh je nach verwendeter Speichertechnologie) für jede eingespeiste Kilowattstunde gewährt. Wechselrichter Batteriemanagement Dokumentation der Funktionsfähigkeit Ihre Laufzeit beträgt 20 Jahre. Der Anlagenbetreiber muss dazu einmalig in jedem Sommerhalbjahr die Funktionsfähigkeit seines Batteriesatzes messtechnisch nachweisen. Batterie 34
4. Einfache Abrechnung Die Speicherbereitstellungsvergütung wird für den gesamten in das aufnahmepflichtige Netz eingespeisten Solarstrom gezahlt, gleichgültig ob er direkt oder nach Zwischenspeicherung eingespeist wurde. 35
5. Freiwilliger Speichereinsatz vor dem Verpflichtungstermin wird belohnt ( Sprinterbonus ) Die Speicherbereitstellungsvergütung wird auch für Solarstrom aus Anlagen mit einem Inbetriebnahmedatum vor dem 01.01.2017 gewährt, wenn die Reduzierung der Einspeiseleistung auf 0,3 der Peakleistung und der Einsatz der Speicherbatterie vor diesem Datum vorgenommen wurde. Die Speicherbereitstellungsvergütung erhöht sich dann um 0,5 Cent/kWh für jeden vollen Monat vorgezogenen Speichereinsatz. 36
6. Degression der Speicherbereitstellungsvergütung Für jedes volle Kalenderjahr, welches das Inbetriebnahmedatum später als der 31.12.2017 liegt, vermindert sich die Speicherbereitstellungsvergütung technologieabhängig für die gesamte Vergütungsdauer um 5 bis 15 Prozent. 37
7. Eigenverbrauch oder Eigenvermarktung Eine Vergütung für selbst verbrauchten oder selbst vermarkteten Solarstrom entfällt Anmerkung: Diese Bestimmung dient der Klarstellung. 38
8. Stabilisierungsbonus bei aktiver Teilnahme an der Netzstabilisierung Die Integration einer Einrichtung zur autonomen Stabilisierung der lokalen Netzspannung sowie zur autonomen Beteiligung an der Frequenzstabilierung wird mit einem Stabilisierungsbonus von 1 Cent pro eingespeister Kilowattstunde zusätzlich zur Einspeisevergütung und zur Speicherbereitstellungsvergütung vergütet. 39
9. Zahlungsmodus Die Speicherbereitstellungsvergütung und der Stabilisierungsbonus sind durch die Verteilnetzbetreiber zusammen mit der Solarstromvergütung auszuzahlen 40
10. Integration von Pufferspeichern in PV-Anlagen befreit Netzbetreiber nicht von ihrer Verantwortung für die Stromspeicherung 9 (1) EEG: Netzbetreiber sind auf Verlangen der Einspeisewilligen verpflichtet, unverzüglich ihre Netze entspechend dem Stand der Technik zu optimieren, zu verstärken und auszubauen oder Stromspeicher zu integrieren, um die Abnahme, Übertragung und Verteilung des Stroms aus Erneuerbaren Energien oder Grubengas sicherzustellen. Ferner 3 Nr. 7 EEG: "Netz" (ist) die Gesamtheit der miteinander verbundenen technischen Einrichtungen zur Abnahme, Übertragung, Verteilung und Speicherung von Elektrizität für die allgemeine Versorgung. Nachträgliche Einfügung in rot. Aber auch ohne diese Einfügung ist das vorstehend vorgestellte Pufferspeicherprogramm durchführbar. 41
10. Speicherbereitstellungsvergütung und Technologiebonus dienen der Netzstabilität daraus folgt Kostentragungsmodus Die Speicherbereitststellungsvergütung sowie der Stabilisierungsbonus werden durch den Verteilnetzbetreiber auf die Netzgebühr umgelegt. Sie belasten nicht die EEG-Umlage Sollte eine Umlage auf die Netzgebühr gesetzestechnisch zu Verzögerungen führen, so wäre auch eine Belastung der EEG-Umlage denkbar. 42
Alternativen? Eigenverbrauch Demand Side Management Gaskraftwerke EE-Methan und EE-Methanol 43
Möglichkeiten der Abhilfe - Eigenverbrauch? - Demand Side Management? - Bau von rasch regelbaren Gaskraftwerken (GuD)? 44
Leistung Einspeisung ins Hausnetz statt ins öffentliche Netz? Schematische Darstellung 40 GW Residuallast Lastkurve Residuallast Eigenverbrauch (grüne Kurve) - vermindert die solare Spitze - vermindert aber die Lastkurve im gleichen Sinne. Ändert somit nicht die Residuallast Solar in einigen Jahren Solar in einigen Jahren Uhr 45
Leistung Schematische Darstellung Demand Side Management Mehr Verbrauch 40 GW Lastkurve Residuallast Residuallast Weniger Verbrauch Zeitliche Verschiebung des Stromverbrauchs glättet die Residuallast. Ändert die Solarleistung nicht, sondern nur die Lastkurve. Sollte deshalb auf alle Stromverbraucher angewendet werden. Solar in einigen Jahren Solar in einigen Jahren Uhr 46
Demand Side Management? Zeitliche Leistungsverschiebungen zur Anpassung an den PV Tag-Nachtwechsel, sind möglich. Automatische Umsetzung von örtlichem Leistungsüberschuss bzw. -mangel in finanzielle Anreize ist allerdings noch ungeklärt. Es fehlt ein anerkannter Algorithmus. Außerdem lassen sich nicht alle Stromverbräuche auf die Mittagszeit eines sonnigen Tages verschieben. Daher ist eine Einführung von DSM richtig, reicht aber zum Ausgleich für das PV-Wachstum nicht aus. Der SFV-Pufferspeicher-Vorschlag sollte deshalb zusätzlich zu DSM durchgeführt werden. 47
GuD-Kraftwerke sind besser regelbar aber Einführung der PV-Pufferspeicher löst die Aufgabe schneller. Planung, Genehmigung und Bau neuer GuD- Kraftwerken würden Zeit und Engagement der Energiewirtschaft erfordern. Außerdem beträgt ihre Lebensdauer (CO2- Erzeugung) 35 Jahre. Erzeugung von EE-Methan als Brennstoff erst möglich mit PV- und Wind-Pufferspeichern. 48
Anspruchsvollste Aufgabe der Energiewende EE-Methanol in unterirdischen (Heizöl)Tanks im Garten oder im Keller Dezentrale KWK-Anlagen EE-Methan im Gasnetz Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne GuD- Kraftwerke 49
Notwendig: vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind Erzeugung von Methanol und Methan aus dem CO2 der Atmosphäre Strategische Reserve EE-Methanol und EE-Methan EE-Methan im Gasnetz EE-Methanol in unterirdischen (Heizöl)Tanks im Garten oder im Keller Dezentrale KWK-Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne GuD- Kraftwerke Version 59 50
Start Pufferspeicher für PV-Anlagen, weil andernfalls mit konventionellen Kraftwerken inkompatibel PV-Überschüsse auch nachts verfügbar Dazu (besonders im Winter) Pufferspeicher für Windparks, weil bereits abgeregelt wird Wind-Überschüsse werden geglättet Notwendig: vergleichmäßigte Überschüsse aus Sonne und Wind Erzeugung von Methanol und Methan aus dem CO2 der Atmosphäre Strategische Reserve EE-Methanol und EE-Methan EE-Methan im Gasnetz GuD- Kraftwerke EE-Methanol in unterirdischen (Heizöl)Tanks im Garten oder im Keller Dezentrale KWK-Anlagen Ziel: EE-Strom für Wochen ohne Wind und Sonne 51
Abschätzung der Speicher- Bereitstellungsvergütung 52